ABSTRACT Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) remains one of the most challenging cancer to treat. Due to the asymptomatic nature of the disease and ineffective drug treatment modalities, the survival rate of PDAC patients remains one of the lowest. The recurrent genetic alterations in PDAC are yet to be targeted; therefore, identifying effective therapeutic combinations is desperately needed. Here, we performed an in vivo CRISPR screening in a clinically relevant patient-derived xenograft (PDX) model system to identify synergistic drug combinations for PDAC treatment. Our approach revealed protein arginine methyltransferase gene 5 (PRMT5) as a promising druggable candidate whose inhibition creates synergistic vulnerability of PDAC cells to gemcitabine. Genetic and pharmacological inhibition results indicate that of PRMT5 depletion results in synergistic cytotoxicity with Gem due to depleted replication protein A (RPA) levels and an impaired non-homology end joining (NHEJ) DNA repair. Thus, the novel combination creates conditional lethality through the accumulation of excessive DNA damage and cell death, both in vitro and in vivo . The findings demonstrate that unbiased genetic screenings combined with a clinically relevant model system is an effective approach in identifying synthetic lethal drug combinations for cancer treatment. STATEMENT of SIGNIFICANCE Identify synergistic drug combinations for PDAC is a significant unmet need. Through CRISPR screening, we discovered and validated that PRMT5 depletion creates synergistic vulnerability of PDAC cells to gemcitabine. Mechanistically, the combination impairs DNA repair, synergistic accumulation of DNA damage and cell death in vitro and in vivo .

ABSTRACT Background IDH1/2 -mutant gliomas are primary brain tumors for which curative treatments are lacking. Mutant IDH-dependent 2-hydroxyglutarate (2-HG) accumulation leads to DNA and histone hypermethylation. Based on this distinct phenotype, we interrogated epigenetic dependencies of IDH -mutant glioma that can be targeted therapeutically. Methods We conducted a chemical screen targeting chromatin modifiers in patient derived IDH1 -mutant GBM cells. We investigated mechanisms of action of compound hits and their combinations through cell-based functional assays, live-cell imaging, Western blot, CRISPR knockout, RNA-seq and ChIP experiments. The therapeutic concept was validated in vivo using chemical inhibitors GSK-J4 and Belinostat in an orthotopic GBM model. Results We identified the H3K27me3 demethylase (KDM6) inhibitor GSK-J4 and histone deacetylase inhibitor Belinostat as potent, genotype-selective agents against IDH1 -mutant glioma. RNA-sequencing on paired wild-type and IDH1 R132H cells revealed inhibition of cholesterol biosynthesis and activation of cellular stress in IDH1 R132H cells, which were reversible with a mutant IDH1 inhibitor. GSK-J4 caused further repression of cholesterol biosynthesis pathway genes through H3K27me3 deposition and exacerbated the ATF4-mediated integrated stress response. Belinostat inhibited anti-apoptotic pathways through activation of TGF-β signaling and induced cell cycle arrest. Together, the GSK-J4 and Belinostat combination activated DDIT3 /CHOP-dependent apoptosis in IDH1 -mutant cells and extended survival in an IDH1 -mutant orthotopic model in vivo . Conclusions These results provide a possible therapeutic approach that exploits epigenetic vulnerabilities of IDH -mutant gliomas. Key points - Combination of GSK-J4 and Belinostat selectively targets IDH1 -mutant cells. - GSK-J4 downregulates cholesterol biosynthesis and activates an ATF4-mediated stress response. - Belinostat activates the TGFβ pathway, induces G2/M arrest and inhibits anti-apoptotic pathways. Importance of the study IDH1/2 genes are frequently mutated in low grade glioma and secondary glioblastoma. These tumors exhibit a distinct epigenomic signature with increased DNA and histone methylation; therefore, identifying and exploiting their epigenetic vulnerabilities may lead to effective therapies. We discovered that targeting of KDM6A/6B together with HDACs provides a promising therapeutic approach for IDH1 -mutant glioma.

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.