Abstract Glioblastoma (GB) remains one of the most treatment refractory and fatal tumour in humans. GB contains a population of self-renewing stem cells, the brain tumour stem cells (BTSC) that are highly resistant to therapy and are at the origin of tumour relapse. Here, we report, for the first time, that mubritinib potently impairs stemness and growth of patient-derived BTSCs harboring different oncogenic mutations. Mechanistically, by employing bioenergetic assays and rescue experiments, we provide compelling evidence that mubritinib acts on complex I of the electron transport chain to impair BTSC stemness pathways, self-renewal and proliferation. Global gene expression profiling revealed that mubritinib alters the proliferative, neural-progenitor-like, and the cell-cycling state signatures. We employed in vivo pharmacokinetic assays to establish that mubritinib crosses the blood-brain barrier. Using preclinical models of patient-derived and syngeneic murine orthotopic xenografts, we demonstrated that mubritinib delays GB tumourigenesis, and expands lifespan of animals. Interestingly, its combination with radiotherapy offers survival advantage to animals. Strikingly, thorough toxicological and behavioral studies in mice revealed that mubritinib does not induce any damage to normal cells and has a well-tolerated and safe profile. Our work warrants further exploration of this drug in in-human clinical trials for better management of GB tumours.

Abstract The development of resistance to conventional and targeted therapy represents a major clinical barrier in treatment of acute myeloid leukemia (AML). We show that the resistance to cytarabine (AraC) and its associated mitochondrial phenotype were reversed by genetic silencing or pharmacological inhibition of BCL2 in a caspase-dependent manner. BCL2-inhibitor venetoclax (VEN) enhancement of AraC efficacy was independent of differentiation phenotype, a characteristic of response to another combination of VEN with hypomethylating agents (HMA). Furthermore, transcriptional profiles of patients with low response to VEN+AraC mirrored those of low responders to VEN+HMA in clinical trials. OxPHOS was found to be a patient stratification marker predictive of effective response to VEN+AraC but not to VEN+AZA. Importantly, whereas three cell subpopulations specifically emerged in VEN+AraC residual disease and were characterized by distinct developmental and transcriptional programs largely driven by MITF, E2F4 and p53 regulons, they each encoded proteins involved in assembly of NADH dehydrogenase complex. Notably, treatment of VEN+AraC-persisting AML cells with an ETCI inhibitor significantly increased the time-to-relapse in vivo . These findings provide the scientific rationale for new clinical trials of VEN+AraC combinations, especially in patients relapsing or non-responsive to chemotherapy, or after failure of frontline VEN+HMA regimen.

Relapses driven by chemoresistant leukemic cell populations are the main cause of mortality for patients with acute myeloid leukemia (AML). Here, we show that the ectonucleotidase CD39 (ENTPD1) is upregulated in cytarabine (AraC)-resistant leukemic cells from both AML cell lines and patient samples in vivo and in vitro. CD39 cell surface expression and activity is increased in AML patients upon chemotherapy compared to diagnosis and enrichment in CD39-expressing blasts is a marker of adverse prognosis in the clinics. High CD39 activity promotes AraC resistance by enhancing mitochondrial activity and biogenesis through activation of a cAMP-mediated response. Finally, genetic and pharmacological inhibition of CD39 eATPase activity blocks the mitochondrial reprogramming triggered by AraC treatment and markedly enhances its cytotoxicity in AML cells in vitro and in vivo. Together, these results reveal CD39 as a new prognostic marker and a promising therapeutic target to improve chemotherapy response in AML.

Abstract The pioneering transcription factor C/EBPα coordinates cell fate and cell differentiation. C/EBPα represents an intrinsically disordered protein with multiple short linear motifs and extensive post-translational side chain modifications (PTM), reflecting its modularity and functional plasticity. Here, we combined arrayed peptide matrix screening (PRISMA) with biotin ligase proximity labeling proteomics (BioID) to generate a linear, isoform specific and PTM-dependent protein interaction map of C/EBPα in myeloid cells. The C/EBPα interactome comprises promiscuous and PTM-regulated interactions with protein machineries involved in gene expression, epigenetics, genome organization, DNA replication, RNA processing, and nuclear transport as the basis of functional C/EBPα plasticity. Protein interaction hotspots were identified that coincide with homologous conserved regions of the C/EBP family and revealed interaction motifs that score as molecular recognition features (MoRF). PTMs alter the interaction spectrum of multi-valent C/EBP-motifs to configure a multimodal transcription factor hub that allows interaction with multiple co-regulatory components, including BAF/SWI-SNF or Mediator complexes. Combining PRISMA and BioID acts as a powerful strategy to systematically explore the interactomes of intrinsically disordered proteins and their PTM-regulated, multimodal capacity. Key points Integration of proximity labeling and arrayed peptide screen proteomics refines the interactome of C/EBPα isoforms Hotspots of protein interactions in C/EBPα mostly occur in conserved short linear motifs Interactions of the BAF/SWI-SNF complex with C/EBPα are modulated by arginine methylation and isoform status The integrated experimental strategy suits systematic interactome studies of intrinsically disordered proteins

Abstract A key process of neurodegeneration in Parkinson’s disease (PD) is the transneuronal spreading of α-synuclein. Alpha-synuclein is a presynaptic protein that is implicated in the pathogenesis of PD and other synucleinopathies, where it forms, upon intracellular aggregation, pathological inclusions. Other hallmarks of PD include neurodegeneration and microgliosis in susceptible brain regions. Whether it is primarily transneuronal spreading of α-synuclein particles, inclusion formation, or other mechanisms, such as inflammation, that cause neurodegeneration in PD is unclear. We used spreading/aggregation of α-synuclein induced by intracerebral injection of α-synuclein preformed fibrils into the mouse brain to address this question. We performed quantitative histological analysis for α-synuclein inclusions, neurodegeneration, and microgliosis in different brain regions, and a gene expression profiling of the ventral midbrain, at two different timepoints after disease induction. We observed significant neurodegeneration and microgliosis in brain regions not only with, but also without α-synuclein inclusions. We also observed prominent microgliosis in injured brain regions that did not correlate with neurodegeneration nor with inclusion load. In longitudinal gene expression profiling experiments, we observed early and unique alterations linked to microglial mediated inflammation that preceded neurodegeneration, indicating an active role of microglia in inducing neurodegeneration. Our observations indicate that α-synuclein inclusion formation is not the major driver in the early phases of PD-like neurodegeneration, but that diffusible, oligomeric α-synuclein species, which induce unusual microglial reactivity, play a key role in this process. Our findings uncover new features of α-synuclein induced pathologies, in particular microgliosis, and point to the necessity of a broader view of the process of “prion-like spreading” of that protein.

Understanding Parkinson's disease (PD) in particular in its earliest phases is important for diagnosis and treatment. However, human brain samples are collected post-mortem, reflecting mainly end stage disease. Because brain samples of mouse models can be collected at any stage of the disease process, they are useful to investigate PD progression. Here, we compare ventral midbrain transcriptomics profiles from α-synuclein transgenic mice with a progressive, early PD-like striatum neurodegeneration across different ages using pathway, gene set and network analysis methods. Our study uncovers statistically significant altered genes across ages and between genotypes with known, suspected or unknown function in PD pathogenesis and key pathways associated with disease progression. Among those are genotype-dependent alterations associated with synaptic plasticity, neurotransmission, as well as mitochondria-related genes and dysregulation of lipid metabolism. Age-dependent changes were among others observed in neuronal and synaptic activity, calcium homeostasis, and membrane receptor signaling pathways, many of which linked to G-protein coupled receptors. Most importantly, most changes occurred before neurodegeneration was detected in this model, which points to a sequence of gene expression events that may be relevant for disease initiation and progression. It is tempting to speculate that molecular changes similar to those changes observed in our model happen in midbrain dopaminergic neurons before they start to degenerate. In other words, we believe we have uncovered molecular changes that accompany the progression from preclinical to early PD.