Prostate cancers are considered to be immunologically 'cold' tumors given the very few patients who respond to checkpoint inhibitor (CPI) therapy. Recently, enrichment of interferon-stimulated genes (ISGs) predicted a favorable response to CPI across various disease sites. The enhancer of zeste homolog-2 (EZH2) is overexpressed in prostate cancer and known to negatively regulate ISGs. In the present study, we demonstrate that EZH2 inhibition in prostate cancer models activates a double-stranded RNA-STING-ISG stress response upregulating genes involved in antigen presentation, Th1 chemokine signaling and interferon response, including programmed cell death protein 1 (PD-L1) that is dependent on STING activation. EZH2 inhibition substantially increased intratumoral trafficking of activated CD8+ T cells and increased M1 tumor-associated macrophages, overall reversing resistance to PD-1 CPI. Our study identifies EZH2 as a potent inhibitor of antitumor immunity and responsiveness to CPI. These data suggest EZH2 inhibition as a therapeutic direction to enhance prostate cancer response to PD-1 CPI.

Summary Drugs that block the activity of the methyltransferase EZH2 are in clinical development for the treatment of non-Hodgkin lymphomas harboring gain-of-function EZH2 mutations that enhance its polycomb repressive function. In contrast, in castration-resistant prostate cancer (CRPC) we have previously reported that EZH2 plays a non-canonical role as a transcriptional activator. In this setting, we now show that EZH2 inhibitors can also block the non-canonical activity of EZH2 and inhibit the growth of CRPC cells. Gene expression and epigenomic profiling of cells treated with EZH2 inhibitors demonstrated that rather than de-repressing tumor suppressor genes silenced by PRC2, EZH2 inhibitors downregulate a set of DNA repair genes that are directly regulated by EZH2. In addition, genome-wide CRISPR/Cas9-mediated loss-of-function screens in the presence of EZH2 inhibitors identified these DNA repair genes to underlie the growth-inhibitory function of these compounds. Interrogation of public data from diverse solid tumor types expressing wild-type EZH2 showed that expression of DNA damage repair genes is significantly correlated with cellular sensitivity to EZH2 inhibitors. Consistent with these findings, treatment of CRPC cells with EZH2 inhibitors dramatically enhanced their sensitivity to genotoxic stress. These studies reveal a previously unappreciated mechanism of action of EZH2 inhibitors and provide a mechanistic basis for potential new combination cancer therapies.

MCL1 has critical antiapoptotic functions and its levels are tightly regulated by ubiquitylation and degradation, but mechanisms that drive this degradation, particularly in solid tumors, remain to be established. We show here in prostate cancer cells that increased NOXA, mediated by activation of an integrated stress response, drives the degradation of MCL1, and identify the mitochondria-associated ubiquitin ligase MARCH5 as the primary mediator of this NOXA dependent MCL1 degradation. Therapies that enhance MARCH5-mediated MCL1 degradation markedly enhance apoptosis in response to a BH3 mimetic agent targeting BCLXL, which may provide for a broadly effective therapy in solid tumors. Conversely, increased MCL1 in response to MARCH5 loss does not sensitize to BH3 mimetic drugs targeting MCL1, but instead also sensitizes to BCLXL inhibition, revealing a codependence between MARCH5 and MCL1 that may also be exploited in tumors with MARCH5 genomic loss.

Androgen receptor (AR) splice variants, of which ARv7 is the most common, are increased in prostate cancer (PC) that develops resistance to androgen signaling inhibitor drugs, but the extent to which these variants drive AR activity, and whether they have novel functions or dependencies, remain to be determined. We generated a subline of VCaP PC cells (VCaP16) that is resistant to the AR inhibitor enzalutamide (ENZ) and found that AR activity was independent of the full-length AR (ARfl), despite its continued high-level expression, and was instead driven by ARv7. The ARv7 cistrome and transcriptome in VCaP16 cells mirrored that of the ARfl in VCaP cells, although ARv7 chromatin binding was weaker, and strong ARv7 binding sites correlated with higher affinity ARfl binding sites across multiple models and clinical samples. Notably, although ARv7 expression in VCaP cells increased rapidly in response to ENZ, there was a long lag before it gained chromatin binding and transcriptional activity. This lag was associated with an increase in chromatin accessibility, with the AR and nuclear factor I (NFI) motifs being most enriched at these more accessible sites. Moreover, the transcriptional effects of combined NFIB and NFIX knockdown versus ARv7 knockdown were highly correlated. These findings indicate that ARv7 can drive the AR program, but that its activity is dependent on adaptations that increase chromatin accessibility to enhance its intrinsically weak chromatin binding.

ABSTRACT Abiraterone, a standard treatment for metastatic castrate-resistant prostate cancer (mCRPC), slows disease progression by abrogating androgen synthesis and antagonizing the androgen receptor (AR). We report that inhibitors of the mitotic kinase Plk1, including the clinically active third-generation Plk1 inhibitor onvansertib, when co-administered with abiraterone, synergistically kill cancer cells from a wide variety of tumor types in an androgen-independent manner, both in vitro and in vivo . Abiraterone treatment alone results in defects in mitotic spindle orientation, failure of complete chromosome condensation, and upregulation of mitosis and mitotic-spindle related gene sets independently of its effects on AR signaling. These effects, while mild following abiraterone monotherapy, result in profound sensitization to the anti-mitotic effects of Plk1 inhibition, leading to spindle assembly checkpoint-dependent mitotic cell death and entosis. In a murine PDX model of mCRPC, combined onvansertib and abiraterone resulted in enhanced mitotic arrest and dramatic inhibition of tumor cell growth compared to either agent alone. STATEMENT OF SIGNIFICANCE A phase 2 clinical trial is underway ( NCT03414034 ) testing combined Plk1 inhibitor onvansertib and abiraterone in mCRPC patients with nascent abiraterone resistance. Our work establishes a mechanistic basis for that trial and indicates that combined abiraterone and onvansertib co-treatment may have broad utility for cancer treatment beyond mCRPC.

Summary Coordinated initiation of DNA replication is essential to ensure efficient and timely DNA synthesis. Yet, the mechanism governing the “initiation” process in eukaryotic cells remains elusive. Here, we present data demonstrating a novel feature of RNAs transcribed in the proximity of actively replicating gene loci. We show that S-ph A se-RNAs a NC horing OR C1 (ANCOR s ) to the histone variant H2A.Z are licensors of the DNA replication process. The concomitant ANCOR-H2A.Z interaction is essential for the cells to initiate duplication of their genetic heritage. Widespread and locus-specific perturbations of these transcripts correlate with anomalous replication patterns and loss of the replicative marker at the origin site. Collectively, we unveil an RNA-mediated mechanism as the missing link for the generation of active replication origins and delineate a potential strategy to modulate replication in human cells at a local and global level.

Despite decreased screening-based detection of clinically insignificant tumors, most diagnosed prostate cancers are still indolent, indicating a need for better strategies for detection of clinically significant disease prior to treatment. We hypothesized that patients with detectable circulating tumor DNA (ctDNA) were more likely to harbor aggressive disease. We applied ultra-low pass whole genome sequencing to profile cell-free DNA from 112 patients diagnosed with localized prostate cancer and performed targeted resequencing of plasma DNA for somatic mutations previously identified in matched solid tumor in nine cases. We also performed similar analyses on patients with metastatic prostate cancer. In all cases of localized disease, even in clinically high-risk patients who subsequently recurred, we did not detect ctDNA by either method in plasma acquired before surgery or before recurrence. In contrast, ctDNA was detected from patients with metastatic disease. Our findings demonstrate clear differences between localized and advanced prostate cancer with respect to the dissemination and detectability of ctDNA. Because allele-specific alterations in ctDNA are below the threshold for detection in localized prostate cancer, other approaches to identify cell-free nucleic acids of tumor origin may demonstrate better specificity for aggressive disease.