B-cell lymphoma extra large (BCL-XL) is a well-validated cancer target. However, the on-target and dose-limiting thrombocytopenia limits the use of BCL-XL inhibitors, such as ABT263, as safe and effective anticancer agents. To reduce the toxicity of ABT263, we converted it into DT2216, a BCL-XL proteolysis-targeting chimera (PROTAC), that targets BCL-XL to the Von Hippel-Lindau (VHL) E3 ligase for degradation. We found that DT2216 was more potent against various BCL-XL-dependent leukemia and cancer cells but considerably less toxic to platelets than ABT263 in vitro because VHL is poorly expressed in platelets. In vivo, DT2216 effectively inhibits the growth of several xenograft tumors as a single agent or in combination with other chemotherapeutic agents, without causing appreciable thrombocytopenia. These findings demonstrate the potential to use PROTAC technology to reduce on-target drug toxicities and rescue the therapeutic potential of previously undruggable targets. Furthermore, DT2216 may be developed as a safe first-in-class anticancer agent targeting BCL-XL.

The w3DNA (web 3DNA) server is a user-friendly web-based interface to the 3DNA suite of programs for the analysis, reconstruction, and visualization of three-dimensional (3D) nucleic-acid-containing structures, including their complexes with proteins and other ligands. The server allows the user to determine a wide variety of conformational parameters in a given structure—such as the identities and rigid-body parameters of interacting nucleic-acid bases and base-pair steps, the nucleotides comprising helical fragments, etc. It is also possible to build 3D models of arbitrary nucleotide sequences and helical types, customized single-stranded and double-helical structures with user-defined base-pair parameters and sequences, and models of DNA 'decorated' at user-defined sites with proteins and other molecules. The visualization component offers unique, publication-quality representations of nucleic-acid structures, such as 'block' images of bases and base pairs and stacking diagrams of interacting nucleotides. The w3DNA web server, located at http://w3dna.rutgers.edu, is free and open to all users with no login requirement.

Accumulating evidence indicates that senescent cells play an important role in many age-associated diseases. The pharmacological depletion of senescent cells (SCs) with a "senolytic agent", a small molecule that selectively kills SCs, is a potential novel therapeutic approach for these diseases. Recently, we discovered ABT-263, a potent and highly selective senolytic agent, by screening a library of rationally-selected compounds. With this screening approach, we also identified a second senolytic agent called piperlongumine (PL). PL is a natural product that is reported to have many pharmacological effects, including anti-tumor activity. We show here that PL preferentially killed senescent human WI-38 fibroblasts when senescence was induced by ionizing radiation, replicative exhaustion, or ectopic expression of the oncogene Ras. PL killed SCs by inducing apoptosis, and this process did not require the induction of reactive oxygen species. In addition, we found that PL synergistically killed SCs in combination with ABT-263, and initial structural modifications to PL identified analogs with improved potency and/or selectivity in inducing SC death. Overall, our studies demonstrate that PL is a novel lead for developing senolytic agents.

Cellular senescence is an essential tumor suppressive mechanism that prevents the propagation of oncogenically activated, genetically unstable, and/or damaged cells. Induction of tumor cell senescence is also one of the underlying mechanisms by which cancer therapies exert antitumor activity. However, an increasing body of evidence from preclinical studies demonstrates that radiation and chemotherapy cause accumulation of senescent cells (SnCs) both in tumor and normal tissue. SnCs in tumors can, paradoxically, promote tumor relapse, metastasis, and resistance to therapy, in part, through expression of the senescence-associated secretory phenotype. In addition, SnCs in normal tissue can contribute to certain radiation- and chemotherapy-induced side effects. Because of its multiple roles, cellular senescence could serve as an important target in the fight against cancer. This commentary provides a summary of the discussion at the National Cancer Institute Workshop on Radiation, Senescence, and Cancer (August 10-11, 2020, National Cancer Institute, Bethesda, MD) regarding the current status of senescence research, heterogeneity of therapy-induced senescence, current status of senotherapeutics and molecular biomarkers, a concept of "one-two punch" cancer therapy (consisting of therapeutics to induce tumor cell senescence followed by selective clearance of SnCs), and its integration with personalized adaptive tumor therapy. It also identifies key knowledge gaps and outlines future directions in this emerging field to improve treatment outcomes for cancer patients.

Abstract Small molecules that selectively kill senescent cells (SCs), termed senolytics, have the potential to prevent and treat various age-related diseases and extend healthspan. The use of Bcl-xl inhibitors as senolytics is largely limited by their on-target and dose-limiting platelet toxicity. Here, we report the use of proteolysis-targeting chimera (PROTAC) technology to reduce the platelet toxicity of navitoclax (also known as ABT263), a Bcl-2 and Bcl-xl dual inhibitor, by converting it into PZ15227 (PZ), a Bcl-xl PROTAC, which targets Bcl-xl to the cereblon (CRBN) E3 ligase for degradation. Compared to ABT263, PZ is less toxic to platelets, but equally or slightly more potent against SCs because CRBN is poorly expressed in platelets. PZ effectively clears SCs and rejuvenates tissue stem and progenitor cells in naturally aged mice without causing severe thrombocytopenia. With further improvement, Bcl-xl PROTACs have the potential to become safer and more potent senolytic agents than Bcl-xl inhibitors.

SUMMARY PROteolysis Targeting Chimeras (PROTACs) are bifunctional molecules that degrade target proteins through recruiting E3 ligases. However, their application is limited in part because few E3 ligases can be recruited by known E3 ligase ligands. In this study, we identified piperlongumine (PL), a natural product, as a covalent E3 ligase recruiter, which induces CDK9 degradation when it is conjugated with SNS-032, a CDK9 inhibitor. The lead conjugate 955 can potently degrade CDK9 in a ubiquitin-proteasome-dependent manner and is much more potent than SNS-032 against various tumor cells in vitro . Mechanistically, we identified KEAP1 as the E3 ligase recruited by 955 to degrade CDK9 through a TurboID-based proteomics study, which was further confirmed by KEAP1 knockout and the nanoBRET ternary complex formation assay. In addition, PL-Ceritinib conjugate can degrade EML4-ALK fusion oncoprotein, suggesting that PL may have a broader application as a covalent E3 ligase ligand in targeted protein degradation.

Abstract The accurate prediction of protein-ligand binding affinity is critical for the success of computer-aided drug discovery. However, the accuracy of current scoring functions is usually unsatisfactory due to their rough approximation or sometimes even omittance of many factors involved in protein-ligand binding. For instance, the intrinsic dynamic of the protein-ligand binding state is usually disregarded in scoring function because these rapid binding affinity prediction approaches are only based on a representative complex structure of the protein and ligand in the binding state. That is, the dynamic protein-ligand binding complex ensembles are simplified as a static snapshot in calculation. In this study, two novel features were proposed for characterizing the dynamic properties of protein-ligand binding based on the static structure of the complex, which is expected to be a valuable complement to the current scoring functions. The two features demonstrate the geometry-shape matching between a protein and a ligand as well as the dynamic stability of protein-ligand binding. We further combined these two novel features with several classical scoring functions to develop a binary classification model called DyScore that uses the Extreme Gradient Boosting algorithm to classify compound poses as binders or non-binders. We have found that DyScore achieves state-of-the-art performance in distinguishing active and decoy ligands on both enhanced DUD dataset and external test sets with both proposed novel features showing significant contributions to the improved performance. Especially, DyScore exhibits superior performance on early recognition, a crucial requirement for success in virtual screening and de novo drug design. The standalone version of DyScore and Dyscore-MF are freely available to all at: https://github.com/YanjunLi-CS/dyscore Key Points Two novel binding features were proposed for characterizing the dynamic properties of protein-ligand binding only based on a static snapshot of complex. Based on the XGBoost machine learning method, the DyScore recognition model was proposed to accurately classify compound binding poses as binders or non-binders. DyScore consistently outperforms all the state-of-the-art published models on three different metrics by a large margin. DyScore showed superior performance in early recognition with an average of 73.3% success rate for the top three ranked compounds for each protein target. The standalone version of DyScore and DyScore-MF are freely available to all at: https://github.com/YanjunLi-CS/dyscore TOC

HDAC8 plays crucial roles in biological processes, from gene regulation to cell motility, making it a highly desirable target for therapeutic intervention. HDAC8 also has deacetylase-independent activity which cannot be blocked by a conventional inhibitor. In this study, we report the discovery of YX862, a highly potent and selective hydrazide-based HDAC8-proteolysis targeting chimera (PROTAC) degrader. The selectivity is achieved through rational design of the warhead to spare HDAC3 activity from the previous HDAC3/8 dual degrader YX968. We demonstrate that the degradation of HDAC8 by YX862 increases acetylation levels of its nonhistone substrates such as SMC3 without significantly triggering histone PTM, supporting HDAC8's major role in nonhistone PTM regulation. YX862 exhibits promising on-target antiproliferative activity against DLBCL cells with higher potency than the HDAC8 selective inhibitor PCI-34051. As a selective HDAC8 degrader that avoids pan-HDAC inhibition, YX862 represents a valuable tool for exploring the biological and therapeutic potential of HDAC8.

Abstract An effective cancer therapy requires both killing cancer cells and targeting tumor-promoting pathways or cell populations within the tumor microenvironment (TME). We purposely search for molecules that are critical for multiple tumor-promoting cell types and identified nuclear receptor subfamily 4 group A member 1 (NR4A1) as one such molecule. NR4A1 has been shown to promote the aggressiveness of cancer cells and maintain the immune suppressive TME. Using genetic and pharmacological approaches, we establish NR4A1 as a valid therapeutic target for cancer therapy. Importantly, we have developed the first-of-its kind proteolysis-targeting chimera (PROTAC, named NR-V04) against NR4A1. NR-V04 effectively degrades NR4A1 within hours of treatment in vitro and sustains for at least 4 days in vivo , exhibiting long-lasting NR4A1-degradation in tumors and an excellent safety profile. NR-V04 leads to robust tumor inhibition and sometimes eradication of established melanoma tumors. At the mechanistic level, we have identified an unexpected novel mechanism via significant induction of tumor-infiltrating (TI) B cells as well as an inhibition of monocytic myeloid derived suppressor cells (m-MDSC), two clinically relevant immune cell populations in human melanomas. Overall, NR-V04-mediated NR4A1 degradation holds promise for enhancing anti- cancer immune responses and offers a new avenue for treating various types of cancer.

Motivation: Immunotherapy for glioma has demonstrated promising potential in preclinical studies. However, the dynamic assessment of its effectiveness in the brain presents a significant challenge. Goal(s): To continuously monitor the effectiveness of PD-1 inhibitors when combined with bioengineered Escherichia coli in the treatment of GBM in mouse model, utilizing high-field animal MRI technology. Approach: Throughout the treatment of glioma-bearing mouse with E. coli and/or PD-1 inhibitors, we employed multimodal MRI and immunofluorescence techniques to routinely observe changes within the tumor microenvironment. Results: The high-field MRI technology utilized for monitoring the tumor microenvironment revealed positive outcomes for the combination therapy, consistent with our laboratory findings. Impact: Our research suggests that the fusion of bioengineered Escherichia coli and PD-1 inhibitors may herald a groundbreaking development in GBM immunotherapy, with high-field MRI technology serving as a potent tool for the real-time evaluation of this combination therapy's efficacy.