Abstract HDAC1 is a key regulator of gene expression in cancer. We identified a critical role for HDAC1 in establishing the transcriptional dependencies essential for survival in chronic lymphocytic leukemia (CLL) by profiling HDAC1 with BRD4, H3K27Ac superenhancers, H4K9Ac, chromatin accessibility signatures, Pol2 measurements and expression signatures to generate a regulatory chromatin landscape. Superenhancers marked by high levels of acetylation and BRD4 paradoxically also recruited the highest levels of HDAC1. HDAC inhibition poisoned transcription at these loci to selectively disrupt B-cell transcription factors and B-cell receptor signaling. HDAC1 was also recruited genome-wide at promoters without superenhancers to repress expression; HDAC inhibition induces these genes which include key microRNA networks that reciprocally downregulate CLL specific survival and driver genes. Our work provides a compelling rationale for profiling HDAC1 across cancers to characterize its role in driving the transcriptional dysregulation that is a hallmark of most cancers and develop epigenetic therapeutic strategies. Significance Our work definitively establishes the composition of the regulatory chromatin that enables HDAC1 to function as an activator and repressor at distinct target genes within the same tumor to drive transcriptional dysregulation and allow the expression of B cell specific signaling and survival networks that are critical for survival.

Patients with chronic lymphocytic leukemia (CLL) respond well to initial treatment with the Bcell lymphoma 2 (BCL2) inhibitor venetoclax. Upon relapse, they often retain sensitivity to BCL2 targeting, but durability of response remains a concern. We hypothesize that targeting both BCL2 and B-cell lymphoma-extra large (BCLXL) will be a successful strategy to treat CLL, including for patients who relapse on venetoclax. To test this hypothesis, we conducted a pre-clinical investigation of LP-118, a highly potent inhibitor of BCL2 with moderate BCLXL inhibition to minimize platelet toxicity. This study demonstrated that LP-118 induces efficient BAK activation, cytochrome C release, and apoptosis in both venetoclax naïve and resistant CLL cells. Significantly, LP-118 is effective in cell lines expressing the BCL2 G101V mutation and in cells expressing BCLXL but lacking BCL2 dependence. Using an immunocompetent mouse model, Eμ-TCL1, LP-118 demonstrates low platelet toxicity, which hampered earlier BCLXL inhibitors. Finally, LP-118 in the RS4;11 and OSU-CLL xenograft models results in decreases in tumor burden and survival advantage, respectively. These results provide a mechanistic rationale for the evaluation of LP-118 for the treatment of venetoclax responsive and relapsed CLL.

Transcription factors and microRNAs (miRNA) both play a critical role in gene regulation and in the development of many diseases such as cancer. Understanding how transcription factors and miRNAs influence gene expression is thus important to understand, but complicated due to the large and interconnected nature of the human genome. To help better understand what genes are being regulated by transcription factors and/or miRNAs we looked at it over 8000 patient samples from 32 different cancer types collected from The Cancer Genome Atlas (TCGA). We started by clustering the transcription factors and miRNAs using Thresher to reduce the number of features. Using both the mRNA and miRNA sequencing data we constructed linear models to calculate the coefficient of determination for each mRNA based on the Thresher cluster expression. We generated three types of linear models: transcription factor, miRNA and transcription factor plus miRNA. We then determined genes that were highly explained or poorly explained by each of the three models based on the genes coefficient of determination value. We performed downstream gene enrichment analysis using ToppGene on the sets of well and poorly explained genes. This identified differences in gene regulation between transcription factors and miRNAs and showed what groups of gene are differentially regulated.

Bruton's tyrosine kinase (BTK) inhibitors are effective for the treatment of chronic lymphocytic leukemia (CLL) due to BTK's role in B cell survival and proliferation. Treatment resistance is most commonly caused by the emergence of the hallmark BTKC481S mutation that inhibits drug binding. In this study, we aimed to investigate whether the presence of additional CLL driver mutations in cancer subclones harboring a BTKC481S mutation accelerates subclone expansion. In addition, we sought to determine whether BTK-mutated subclones exhibit distinct transcriptomic behavior when compared to other cancer subclones. To achieve these goals, we employ our recently published method (Qiao et al. 2024) that combines bulk DNA sequencing and single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) data to genotype individual cells for the presence or absence of subclone-defining mutations. While the most common approach for scRNA-seq includes short-read sequencing, transcript coverage is limited due to the vast majority of the reads being concentrated at the priming end of the transcript. Here, we utilized MAS-seq, a long-read scRNAseq technology, to substantially increase transcript coverage across the entire length of the transcripts and expand the set of informative mutations to link cells to cancer subclones in six CLL patients who acquired BTKC481S mutations during BTK inhibitor treatment. We found that BTK-mutated subclones often acquire additional mutations in CLL driver genes, leading to faster subclone proliferation. When examining subclone-specific gene expression, we found that in one patient, BTK-mutated subclones are transcriptionally distinct from the rest of the malignant B cell population with an overexpression of CLL-relevant genes.