ABSTRACT Dysregulation of the epigenome due to alterations in chromatin modifier proteins commonly contribute to malignant transformation. To discover new drug targets for more targeted and personalized therapies, functional interrogation of epigenetic modifiers is essential. We therefore generated an epigenome-wide CRISPR-Cas9 knock-out library (EPIKOL) that targets a wide-range of epigenetic modifiers and their cofactors. We conducted eight screens in two different cancer types and showed that EPIKOL performs with high efficiency in terms of sgRNA distribution, depletion of essential genes and steady behaviors of non-targeting sgRNAs. From this, we discovered novel epigenetic modifiers besides previously known ones that regulate triple-negative breast cancer and prostate cancer cell fitness. With further validation assays, we confirmed the growth-regulatory function of individual candidates, including SS18L2 and members of the NSL complex (KANSL2, KANSL3, KAT8) in triple negative breast cancer cells. Overall, we show that EPIKOL, a focused sgRNA library targeting approximately 800 genes, can reveal epigenetic modifiers that are essential for cancer cell fitness and serve as a tool to offer novel anti-cancer targets. With its thoroughly generated epigenome-wide gene list, and the relatively high number of sgRNAs per gene, EPIKOL offers a great advantage to study functional roles of epigenetic modifiers in a wide variety of research applications, such as screens on primary cells, patient-derived xenografts as well as in vivo models.

Abstract The development of taxane resistance remains a major challenge for castration resistant prostate cancer (CR-PCa), despite the effectiveness of taxanes in prolonging patient survival. To uncover novel targets, we performed an epigenetic drug screen on taxane (docetaxel and cabazitaxel) resistant CR-PCa cells. We identified BRPF reader proteins, along with several epigenetic groups (CBP/p300, Menin-MLL, PRMT5 and SIRT1) that act as targets effectively reversing the resistance mediated by ABCB1. Targeting BRPFs specifically resulted in the resensitization of resistant cells, while no such effect was observed on the sensitive compartment. These cells were successfully arrested at the G 2 /M phase of cell cycle and underwent apoptosis upon BRPF inhibition, confirming the restoration of taxane susceptibility. Pharmacological inhibition of BRPFs reduced ABCB1 activity, indicating that BRPFs may be involved in an efflux-related mechanism. Indeed, ChIP-qPCR analysis confirmed binding of BRPF1 to the ABCB1 promoter suggesting direct regulation of the ABCB1 gene at the transcriptional level. RNA-seq analysis revealed that BRPF1 knockdown affects the genes enriched in mTORC1 and UPR signaling pathways, revealing potential mechanisms underlying its functional impact, which is further supported by the enhancement of taxane response through the combined inhibition of ABCB1 and mTOR pathways, providing evidence for the involvement of multiple BRPF1-regulated pathways. Beyond clinical attributes (Gleason score, tumor stage, therapy outcome, recurrence), metastatic PCa databases further supported the significance of BRPF1 in taxane resistance, as evidenced by its upregulation in taxane-exposed PCa patients.

ABSTRACT Triple-negative breast cancer (TNBC) stands out as a particularly aggressive and frequently recurring form of breast cancer. Due to the absence of hormone receptors, the available treatment avenues are constrained, making chemotherapy the primary approach. Unfortunately, the development of resistance to chemotherapy poses a significant challenge, further restricting the already limited therapeutic alternatives for recurrent cases. Understanding the molecular basis of chemotherapy resistance in TNBC is pivotal for improving treatment outcomes. Here, we generated two different Taxol-resistant TNBC cell lines with a dose-escalation method to mimic chemotherapy resistance in vitro . These cells exhibited hallmark features of resistance, including reduced cell growth, altered morphology, and evasion of apoptosis. Transcriptome analysis uncovered elevated ABCB1 expression and multidrug-resistant phenotype in the resistant cells. To comprehensively investigate the key epigenetic regulators of Taxol resistance, we conducted chromatin-focused genetic and chemical screens and pinpointed Bromodomain and PHD Finger Containing 1 (BRPF1) as a novel regulator of Taxol resistance in TNBC cells. Knockout of BRPF1, the reader protein in the MOZ/MORF histone acetyl-transferase complex, but not the other complex members, sensitized resistant cells to Taxol. Additionally, BRPF1 inhibitors, PFI-4 and OF-1, in combination with Taxol significantly reduced cell viability. Transcriptome analysis upon BRPF1 loss or inhibition revealed a negative impact on ribosome biogenesis-related gene sets, resulting in a global decrease in protein translation in Taxol-resistant cells. Our ChIP-qPCR analysis demonstrated that active BRPF1 directly interacts with the ABCB1 promoter, enhancing its expression towards inducing a multidrug-resistant phenotype. Conversely, knockout or inhibition of BRPF1 leads to decreased ABCB1 expression. This dual mechanism critically sensitizes Taxol-resistant TNBC cells to chemotherapy. Our findings uncover a comprehensive molecular framework, highlighting the pivotal role of epigenetic reader protein BRPF1 in Taxol resistance and providing potential avenues for therapeutic intervention in TNBC.