Abstract Acute Myeloid Leukaemia (AML) continues to have a poor prognosis, especially in the elderly. One reason for this is that many treatment regimens are not well tolerated by elderly patients. Much current focus is on the development of therapies that can target specific vulnerabilities of AML while having fewer toxic side effects. However, despite much recent progress in developing better drugs, many patients with AML still die within a year of diagnosis, partly due to the fact that it is difficult to identify therapeutic targets that are effective across multiple AML subtypes. One common factor across AML subtypes is the presence of a block in differentiation. Thus screening for compounds that can overcome this block in genetically diverse AML models should allow for the identification of agents that are not dependent on a specific mutation for their efficacy. Here, we used a phenotypic screen to identify novel compounds that stimulate differentiation in several AML cell lines. Lead compounds were shown to decrease tumour burden and to increase survival in vivo . Using multiple complementary target deconvolution approaches, these compounds were revealed to be anti-mitotic tubulin disruptors that cause differentiation by inducing a G2-M mitotic arrest. Together, these results reveal a novel function for tubulin disruptors in causing differentiation of AML cells.

Abstract Induction of differentiation is a promising therapeutic strategy against acute myeloid leukemia. However, current differentiation therapies are effective only to specific patient populations. To identify novel differentiation agents with wider efficacy, we developed a phenotypic high-throughput screen with a range of genetically diverse cell lines. From the resulting hits, one chemical scaffold was optimised in terms of activity and physicochemical properties to yield OXS007417, which was also able to decrease tumour volume in a murine in vivo xenograft model.

The optimisation of a class of AML differentiation agents is described to show improved potency, solubility and stability, reduced off target toxicity, and tumour regression in a murine model in vivo .

Acute myeloid leukaemia (AML) is a haematopoietic malignancy comprising different genetic subtypes with a common hallmark of differentiation arrest. In abnormal haematopoiesis, overcoming the differentiation blockade has emerged as an attractive therapeutic strategy. In a screen with genetically distinct AML cell lines, histone deacetylase inhibitors (HDACis) were observed to cause an upregulation in the expression of CD11b, a myeloid differentiation marker. These caused changes in cell morphology, block in proliferation, and cell cycle arrest at the G1 phase. To gain insights onto the mechanism of these compounds, we planned to prepare inactive probes devoid of the zinc binding motif. However, these compounds were unexpectedly still able to initiate differentiation, albeit through a distinct target and via a G2 arrest. Subsequent RNA sequencing studies supported the differentiation phenotype for the HDACis and highlighted the role of cell cycle regulatory kinases for the effect observed in the probe molecules. We then showed that these inhibit Aurora A and GSK3a kinases, suggesting their potential as therapeutic targets for differentiation therapy in AML. Our work supports the importance of properly validating inactive tool compounds and their potential to identify novel targets.