Summary

 Signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) is an attractive cancer therapeutic target. Here we report the discovery of SD-36, a small-molecule degrader of STAT3. SD-36 potently induces the degradation of STAT3 protein in vitro and in vivo and demonstrates high selectivity over other STAT members. Induced degradation of STAT3 results in a strong suppression of its transcription network in leukemia and lymphoma cells. SD-36 inhibits the growth of a subset of acute myeloid leukemia and anaplastic large-cell lymphoma cell lines by inducing cell-cycle arrest and/or apoptosis. SD-36 achieves complete and long-lasting tumor regression in multiple xenograft mouse models at well-tolerated dose schedules. Degradation of STAT3 protein, therefore, is a promising cancer therapeutic strategy.

Chromosomal translocations affecting mixed lineage leukemia gene (MLL) result in acute leukemias resistant to therapy. The leukemogenic activity of MLL fusion proteins is dependent on their interaction with menin, providing basis for therapeutic intervention. Here we report the development of highly potent and orally bioavailable small-molecule inhibitors of the menin-MLL interaction, MI-463 and MI-503, and show their profound effects in MLL leukemia cells and substantial survival benefit in mouse models of MLL leukemia. Finally, we demonstrate the efficacy of these compounds in primary samples derived from MLL leukemia patients. Overall, we demonstrate that pharmacologic inhibition of the menin-MLL interaction represents an effective treatment for MLL leukemias in vivo and provide advanced molecular scaffold for clinical lead identification.

The bromodomain and extra-terminal (BET) family proteins, consisting of BRD2, BRD3, BRD4, and testis-specific BRDT members, are epigenetic "readers" and play a key role in the regulation of gene transcription. BET proteins are considered to be attractive therapeutic targets for cancer and other human diseases. Recently, heterobifunctional small-molecule BET degraders have been designed based upon the proteolysis targeting chimera (PROTAC) concept to induce BET protein degradation. Herein, we present our design, synthesis, and evaluation of a new class of PROTAC BET degraders. One of the most promising compounds, 23, effectively degrades BRD4 protein at concentrations as low as 30 pM in the RS4;11 leukemia cell line, achieves an IC50 value of 51 pM in inhibition of RS4;11 cell growth and induces rapid tumor regression in vivo against RS4;11 xenograft tumors. These data establish that compound 23 (BETd-260/ZBC260) is a highly potent and efficacious BET degrader.

Myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) inhibit anti-tumor immunity. Aerobic glycolysis is a hallmark of cancer. However, the link between MDSCs and glycolysis is unknown in patients with triple-negative breast cancer (TNBC). Here, we detect abundant glycolytic activities in human TNBC. In two TNBC mouse models, 4T1 and Py8119, glycolysis restriction inhibits tumor granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) and granulocyte macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) expression and reduces MDSCs. These are accompanied with enhanced T cell immunity, reduced tumor growth and metastasis, and prolonged mouse survival. Mechanistically, glycolysis restriction represses the expression of a specific CCAAT/enhancer-binding protein beta (CEBPB) isoform, liver-enriched activator protein (LAP), via the AMP-activated protein kinase (AMPK)-ULK1 and autophagy pathways, whereas LAP controls G-CSF and GM-CSF expression to support MDSC development. Glycolytic signatures that include lactate dehydrogenase A correlate with high MDSCs and low T cells, and are associated with poor human TNBC outcome. Collectively, tumor glycolysis orchestrates a molecular network of the AMPK-ULK1, autophagy, and CEBPB pathways to affect MDSCs and maintain tumor immunosuppression.

Electrons transmitted across a ballistic semiconductor junction are expected to undergo refraction, analogous to light rays across an optical boundary. In graphene, the linear dispersion and zero-gap band structure admit highly transparent p-n junctions by simple electrostatic gating. Here, we employ transverse magnetic focusing to probe the propagation of carriers across an electrostatically defined graphene junction. We find agreement with the predicted Snell’s law for electrons, including the observation of both positive and negative refraction. Resonant transmission across the p-n junction provides a direct measurement of the angle-dependent transmission coefficient. Comparing experimental data with simulations reveals the crucial role played by the effective junction width, providing guidance for future device design. Our results pave the way for realizing electron optics based on graphene p-n junctions.

Proteins of the bromodomain and extra-terminal (BET) family are epigenetics "readers" and promising therapeutic targets for cancer and other human diseases. We describe herein a structure-guided design of [1,4]oxazepines as a new class of BET inhibitors and our subsequent design, synthesis, and evaluation of proteolysis-targeting chimeric (PROTAC) small-molecule BET degraders. Our efforts have led to the discovery of extremely potent BET degraders, exemplified by QCA570, which effectively induces degradation of BET proteins and inhibits cell growth in human acute leukemia cell lines even at low picomolar concentrations. QCA570 achieves complete and durable tumor regression in leukemia xenograft models in mice at well-tolerated dose-schedules. QCA570 is the most potent and efficacious BET degrader reported to date.

Coronavirus (CoV) infections induce respiratory tract illnesses and central nervous system (CNS) diseases. We aimed to explore the cytokine expression profiles in hospitalized children with CoV-CNS and CoV-respiratory tract infections.A total of 183 and 236 hospitalized children with acute encephalitis-like syndrome and respiratory tract infection, respectively, were screened for anti-CoV IgM antibodies. The expression profiles of multiple cytokines were determined in CoV-positive patients.Anti-CoV IgM antibodies were detected in 22/183 (12.02%) and 26/236 (11.02%) patients with acute encephalitis-like syndrome and respiratory tract infection, respectively. Cytokine analysis revealed that the level of serum granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) was significantly higher in both CoV-CNS and CoV-respiratory tract infection compared with healthy controls. Additionally, the serum level of granulocyte macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) was significantly higher in CoV-CNS infection than in CoV-respiratory tract infection. In patients with CoV-CNS infection, the levels of IL-6, IL-8, MCP-1, and GM-CSF were significantly higher in their cerebrospinal fluid samples than in matched serum samples.To the best of our knowledge, this is the first report showing a high incidence of CoV infection in hospitalized children, especially with CNS illness. The characteristic cytokine expression profiles in CoV infection indicate the importance of host immune response in disease progression.

Mixing interactions and superlattices Under the influence of an external magnetic field, the energies of electrons in two-dimensional systems group into the so-called Landau levels. In the cleanest samples, interactions among electrons lead to fractional quantum Hall (FQH) states. If such a system is then subjected to a superlattice potential, it is unclear whether the fragile FQH states will survive. To address this question, Wang et al. sandwiched graphene between two layers of hexagonal boron nitride. Transport measurements on the superlattice showed that some FQH states did survive. Furthermore, the interplay between interactions and the superlattice potential produced additional, anomalous states. Science , this issue p. 1231

We recently reported the development of a novel inhibitor of Rho-mediated gene transcription (1, CCG-203971) that is efficacious in multiple animal models of acute fibrosis, including scleroderma, when given intraperitoneally. The modest in vivo potency and poor pharmacokinetics (PK) of this lead, however, make it unsuitable for long term efficacy studies. We therefore undertook a systematic medicinal chemistry effort to improve both the metabolic stability and the solubility of 1, resulting in the identification of two analogs achieving over 10-fold increases in plasma exposures in mice. We subsequently showed that one of these analogs (8f, CCG-232601) could inhibit the development of bleomycin-induced dermal fibrosis in mice when administered orally at 50 mg/kg, an effect that was comparable to what we had observed earlier with 1 at a 4-fold higher IP dose.

Through a phenotypic high-throughput screen using a serum response element luciferase promoter, we identified a novel 5-aryl-1,3,4-oxadiazol-2-ylthiopropionic acid lead inhibitor of Rho/myocardin-related transcription factor (MRTF)/serum response factor (SRF)-mediated gene transcription with good potency (IC50 = 180 nM). We were able to rapidly improve the cellular potency by 5 orders of magnitude guided by sharply defined and synergistic SAR. The remarkable potency and depth of the SAR, as well as the relatively low molecular weight of the series, suggests, but does not prove, that binding to the unknown molecular target may be occurring through a covalent mechanism. The series nevertheless has no observable cytotoxicity up to 100 μM. Ensuing pharmacokinetic optimization resulted in the development of two potent and orally bioavailable anti-fibrotic agents that were capable of dose-dependently reducing connective tissue growth factor gene expression in vitro as well as significantly reducing the development of bleomycin-induced dermal fibrosis in mice in vivo.