Rac, a member of the Rho family of monomeric GTPases, is an integrator of intracellular signaling in a wide range of cellular processes. We have purified a PtdIns(3,4,5)P3-sensitive activator of Rac from neutrophil cytosol. It is an abundant, 185 kDa guanine-nucleotide exchange factor (GEF), which we cloned and named P-Rex1. The recombinant enzyme has Rac-GEF activity that is directly, substantially, and synergistically activated by PtdIns(3,4,5)P3 and Gbetagammas both in vitro and in vivo. P-Rex1 antisense oligonucleotides reduced endogenous P-Rex1 expression and C5a-stimulated reactive oxygen species formation in a neutrophil-like cell line. P-Rex1 appears to be a coincidence detector in PtdIns(3,4,5)P3 and Gbetagamma signaling pathways that is particularly adapted to function downstream of heterotrimeric G proteins in neutrophils.

Transcriptional and proteomic profiling of individual cells have revolutionized interpretation of biological phenomena by providing cellular landscapes of healthy and diseased tissues1,2. These approaches, however, do not describe dynamic scenarios in which cells continuously change their biochemical properties and downstream 'behavioural' outputs3-5. Here we used 4D live imaging to record tens to hundreds of morpho-kinetic parameters describing the dynamics of individual leukocytes at sites of active inflammation. By analysing more than 100,000 reconstructions of cell shapes and tracks over time, we obtained behavioural descriptors of individual cells and used these high-dimensional datasets to build behavioural landscapes. These landscapes recognized leukocyte identities in the inflamed skin and trachea, and uncovered a continuum of neutrophil states inside blood vessels, including a large, sessile state that was embraced by the underlying endothelium and associated with pathogenic inflammation. Behavioural screening in 24 mouse mutants identified the kinase Fgr as a driver of this pathogenic state, and interference with Fgr protected mice from inflammatory injury. Thus, behavioural landscapes report distinct properties of dynamic environments at high cellular resolution.

Abstract Metastatic melanoma remains a major clinical challenge. Large-scale genomic sequencing of melanoma has identified bona fide activating mutations in RAC1 , with mutations of its upstream regulator, the RAC-GEF PREX2 , also commonly detected. Crucially, RAC1 mutations are associated with resistance to BRAF-targeting therapies. Despite the role of its homologue PREX1 in melanomagenesis, and evidence that some truncating PREX2 mutations drive increased RAC1 activity, no hotspot mutations have been identified, and the impact of PREX2 mutation remains contentious. Here, we use genetically engineered mouse models and patient-derived BRAFV600E-driven melanoma cell lines to dissect the role of PREX2 in melanomagenesis and response to therapy. We show that while PREX2 is dispensable for the initiation and progression of melanoma, its loss confers sensitivity to clinically relevant therapeutics. Importantly, genetic and pharmacological targeting of the RAC1 effector kinase PI3Kβ phenocopies PREX2 loss, sensitizing our model systems to therapy. Our data reveal a druggable PREX2/RAC1/PI3Kβ signalling axis in BRAF -mutant melanoma that could be exploited clinically. Statement of Significance Metastatic melanoma remains both a clinical problem, and an opportunity for therapeutic benefit. Co-targeting of the MAPK pathway and the PREX2/RAC1/PI3Kβ has remarkable efficacy and outperforms monotherapy MAPK targeting in vivo .