Abstract Mitotic kinase Aurora A (AURKA) diverges from other kinases in its multiple active conformations that may explain its interphase roles and association with cancer, and the limited efficacy of drugs targeting the kinase pocket. Regulation of AURKA activity by the cell is critically dependent on destruction mediated by the Anaphase-Promoting Complex (APC/C FZR1 ) during mitotic exit and G1 phase and requires an atypical N-terminal degron in AURKA called the ‘A-box’ in addition to a reported canonical D-box degron in the C-terminus. Here we find that the proposed C-terminal D-box of AURKA does not act as a degron and instead mediates essential structural features of the protein. In living cells, as previously reported in vitro , the N-terminal intrinsically disordered region (IDR) of AURKA containing the A-box is sufficient to confer FZR1-dependent mitotic degradation. Both in silico and in cellulo assays predict the QRVL Short Linear Interacting Motif (SLiM) of the A-box to be a phospho-regulated D-box. We propose that degradation of full-length AURKA additionally depends on an intact C-terminal domain because of critical conformational parameters permissive for both activity and mitotic degradation of AURKA. Summary blurb AURKA degron motifs are redefined to show that the so-called N-terminal ‘A-box’ is in fact a D-box, and the so-called ‘D-box’ in the C-terminus is not a degron but a motif critical for the active, degradable conformation of AURKA

E3 ubiquitin ligases engage their substrates via 'degrons' - short linear motifs typically located within intrinsically disordered regions of substrates. As these enzymes are large, multi-subunit complexes that generally lack natural small-molecule ligands and are hard to drug via conventional means, alternative strategies are needed to target them in diseases, and peptide-based inhibitors derived from degrons represent a promising approach. Here we explore peptide inhibitors of Cdc20, a substrate-recognition subunit and activator of the E3 ubiquitin ligase the anaphase promoting complex/cyclosome (APC/C) that is essential in mitosis and consequently of interest as an anti-cancer target. APC/C engages substrates via degrons that include the 'Destruction box' (D-box) motif. We used a rational design approach to construct binders containing unnatural amino acids aimed at better filling a hydrophobic pocket on the surface of Cdc20. We confirmed binding by thermal-shift assays and surface plasmon resonance and determined the structures of a number of the Cdc20-peptide complexes. Using a cellular thermal shift assay we confirmed that the D-box peptides also bind to and stabilise Cdc20 in the cell. We found that the D-box peptides inhibit ubiquitination activity of APC/CCdc20 and are more potent than the small molecule inhibitor Apcin. Lastly, these peptides function as portable degrons capable of driving the degradation of a fused fluorescent protein. Interestingly, we find that although inhibitory activity of the peptides correlates with Cdc20-binding affinity, degradation efficacy does not, which may be due to the complex nature of APC/C regulation and effects of degron binding of subunit recruitment and conformational changes. Our study lays the groundwork for the further development of these peptides as molecular therapeutics for blocking APC/C as well as potentially also for harnessing APC/C for targeted protein degradation.

Abstract In recent years, helicases have moved to the forefront of research as novel drug targets for a variety of human diseases, including cancer. As critical components of the cell cycle and DNA repair, these enzymes offer an attractive point of therapeutic intervention. Recent bioinformatic endeavours such as the Cancer DepMap have further highlighted the essentiality of these proteins in the progression of numerous cancers. Inhibitors of Werner helicase (WRN) entered Phase I evaluation in 2023, after studies highlighted its role in tumours with microsatellite instability (MSI) and impaired mismatch repair (MMR). Building on these advances, helicases now represent a significant drug target class and are the subject of intense research. However, these targets present significant complexities in their prosecution. Hit finding and robust validation of these putative active compounds remains challenging, with high attrition rates and significant sensitivity to false positives. Resultant hits require thorough biological characterisation via both biochemical and biophysical methods, alongside determination of selectivity against other closely related family members, to increase confidence in their provenance before commencing a detailed drug discovery project. To exemplify these approaches, we have profiled three commercially available WRN inhibitors from two chemical series through a selection of biochemical and biophysical assays. The three compounds exhibit excellent selectivity against 6 distinct helicase/translocase targets. In Michaelis-Menten mechanism of Inhibition studies, we defined contrasting mechanisms of inhibition for the two series and were also able to identify time dependent inhibition with one compound series. Analysing binding interactions of the compounds against protein and protein:substrate complexes, via a fluorescent thermal shift assay (FTSA) and microscale thermophoresis (MST), enabled us to further understand and interrogate the mechanism of inhibition. Herein, we describe some of our experiences, learnings and best practices when prosecuting these compelling, but challenging, targets. Citation Format: Yael Mamane, Zoe Caple, Katie Chapman, Ian Henderson, Allan Jordan, Vanessa Lyne, Cynthia Okoye, Laurent Rigoreau, Ganesh Kadamur, Stuart Thomson, Chris Tomlinson, Jana Wolf. Unwinding the complexities of helicases as compelling drug targets in oncology [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: Expanding and Translating Cancer Synthetic Vulnerabilities; 2024 Jun 10-13; Montreal, Quebec, Canada. Philadelphia (PA): AACR; Mol Cancer Ther 2024;23(6 Suppl):Abstract nr A003.