The Drosophila TEAD ortholog Scalloped is required for Yki-mediated overgrowth but is largely dispensable for normal tissue growth, suggesting that its mammalian counterpart may be exploited for selective inhibition of oncogenic growth driven by YAP hyperactivation. Here we test this hypothesis genetically and pharmacologically. We show that a dominant-negative TEAD molecule does not perturb normal liver growth but potently suppresses hepatomegaly/tumorigenesis resulting from YAP overexpression or Neurofibromin 2 (NF2)/Merlin inactivation. We further identify verteporfin as a small molecule that inhibits TEAD–YAP association and YAP-induced liver overgrowth. These findings provide proof of principle that inhibiting TEAD–YAP interactions is a pharmacologically viable strategy against the YAP oncoprotein.

Although the protein synthesis inhibitor cycloheximide (CHX) has been known for decades, its precise mechanism of action remains incompletely understood. The glutarimide portion of CHX is seen in a family of structurally related natural products including migrastatin, isomigrastatin and lactimidomycin (LTM). We found that LTM, isomigrastatin and analogs have a potent antiproliferative effect on tumor cell lines and selectively inhibit translation. A systematic comparative study of the effects of CHX and LTM on protein synthesis revealed both similarities and differences between the two inhibitors. Both LTM and CHX were found to block the translocation step in elongation. Footprinting experiments revealed protection of a single cytidine nucleotide (C3993) in the E-site of the 60S ribosomal subunit, thus defining a common binding pocket for the two inhibitors in the ribosome. These results shed new light on the molecular mechanism of inhibition of translation elongation by both CHX and LTM.

A library of drugs that are in clinical trials or use was screened for inhibitors of hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1). Twenty drugs inhibited HIF-1-dependent gene transcription by >88% at a concentration of 0.4 μM. Eleven of these drugs were cardiac glycosides, including digoxin, ouabain, and proscillaridin A, which inhibited HIF-1α protein synthesis and expression of HIF-1 target genes in cancer cells. Digoxin administration increased latency and decreased growth of tumor xenografts, whereas treatment of established tumors resulted in growth arrest within one week. Enforced expression of HIF-1α by transfection was not inhibited by digoxin, and xenografts derived from these cells were resistant to the anti-tumor effects of digoxin, demonstrating that HIF-1 is a critical target of digoxin for cancer therapy.

In a screen of drugs previously tested in humans we identified itraconazole, a systemic antifungal, as a potent antagonist of the Hedgehog (Hh) signaling pathway that acts by a mechanism distinct from its inhibitory effect on fungal sterol biosynthesis. Systemically administered itraconazole, like other Hh pathway antagonists, can suppress Hh pathway activity and the growth of medulloblastoma in a mouse allograft model and does so at serum levels comparable to those in patients undergoing antifungal therapy. Mechanistically, itraconazole appears to act on the essential Hh pathway component Smoothened (SMO) by a mechanism distinct from that of cyclopamine and other known SMO antagonists, and prevents the ciliary accumulation of SMO normally caused by Hh stimulation.

Triptolide (1) is a structurally unique diterpene triepoxide isolated from a traditional Chinese medicinal plant with anti-inflammatory, immunosuppressive, contraceptive and antitumor activities. Its molecular mechanism of action, however, has remained largely elusive to date. We report that triptolide covalently binds to human XPB (also known as ERCC3), a subunit of the transcription factor TFIIH, and inhibits its DNA-dependent ATPase activity, which leads to the inhibition of RNA polymerase II-mediated transcription and likely nucleotide excision repair. The identification of XPB as the target of triptolide accounts for the majority of the known biological activities of triptolide. These findings also suggest that triptolide can serve as a new molecular probe for studying transcription and, potentially, as a new type of anticancer agent through inhibition of the ATPase activity of XPB.

HIF-1 is a heterodimeric transcription factor that mediates adaptive responses to hypoxia and plays critical roles in cancer progression. Using a cell-based screening assay we have identified acriflavine as a drug that binds directly to HIF-1α and HIF-2α and inhibits HIF-1 dimerization and transcriptional activity. Pretreatment of mice bearing prostate cancer xenografts with acriflavine prevented tumor growth and treatment of mice bearing established tumors resulted in growth arrest. Acriflavine treatment inhibited intratumoral expression of angiogenic cytokines, mobilization of angiogenic cells into peripheral blood, and tumor vascularization. These results provide proof of principle that small molecules can inhibit dimerization of HIF-1 and have potent inhibitory effects on tumor growth and vascularization.

Itraconazole (ITZ) is a well-known antifungal agent that also has anticancer activity. In this study, we identify ITZ as a broad-spectrum inhibitor of enteroviruses (e.g., poliovirus, coxsackievirus, enterovirus-71, rhinovirus). We demonstrate that ITZ inhibits viral RNA replication by targeting oxysterol-binding protein (OSBP) and OSBP-related protein 4 (ORP4). Consistently, OSW-1, a specific OSBP/ORP4 antagonist, also inhibits enterovirus replication. Knockdown of OSBP inhibits virus replication, whereas overexpression of OSBP or ORP4 counteracts the antiviral effects of ITZ and OSW-1. ITZ binds OSBP and inhibits its function, i.e., shuttling of cholesterol and phosphatidylinositol-4-phosphate between membranes, thereby likely perturbing the virus-induced membrane alterations essential for viral replication organelle formation. ITZ also inhibits hepatitis C virus replication, which also relies on OSBP. Together, these data implicate OSBP/ORP4 as molecular targets of ITZ and point to an essential role of OSBP/ORP4-mediated lipid exchange in virus replication that can be targeted by antiviral drugs.

Abstract Ca 2+ /Calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) hyperactivity causes heart injury and arrhythmias—two major sources of mortality worldwide. Despite proven benefits of CaMKII inhibition in numerous preclinical models of heart disease, translation of CaMKII antagonists into humans has been stymied by low potency, toxicity, and an enduring concern for adverse effects on cognition due to an established role of CaMKII in learning and memory. To address these challenges, we asked if any clinically approved drugs, developed for other purposes, were potent CaMKII inhibitors. For this, we engineered a novel fluorescent biosensor, CaMKAR (CaMKII Activity Reporter), which features superior sensitivity, kinetics, and tractability for high throughput screening. Using this tool, we carried a drug repurposing screen (4,475 compounds in clinical use) in human cells expressing autonomously active CaMKII. This yielded five previously unrecognized CaMKII inhibitors with clinically relevant potency: ruxolitinib, baricitinib, silmitasertib, crenolanib, and abemaciclib. Standout among these, ruxolitinib, an orally bioavailable and U.S Food and Drug Administration (FDA)-approved medication, inhibited CaMKII in cultured cardiomyocytes and in mice at concentrations equivalent to human doses. 10-minute treatment in mice was sufficient to prevent atrial fibrillation— the most common clinical arrhythmia. At cardioprotective doses, ruxolitinib-treated mice behaved normally in established cognitive assays. Our results suggest that human CaMKII inhibition is feasible and safe, and support prompt clinical investigation of ruxolitinib for cardiac indications. One Sentence Summary We developed a CaMKII biosensor suitable for high throughput screening and identified ruxolitinib as a CaMKII inhibitor capable of rescuing cardiac arrhythmia.

Following peripheral nerve injury, extracellular ATP-mediated purinergic signaling is crucial for spinal cord microglia activation and neuropathic pain. However, the mechanisms of ATP release remain poorly understood. Here, we show that volume-regulated anion channel (VRAC) is an ATP-releasing channel and is activated by inflammatory mediator sphingosine-1-phosphate (S1P) in microglia. Mice with microglia-specific deletion of Swell1 (also known as Lrrc8a), a VRAC essential subunit, had reduced peripheral nerve injury-induced increase in extracellular ATP in spinal cord. The mutant mice also exhibited decreased spinal microgliosis, dorsal horn neuronal hyperactivity, and both evoked and spontaneous neuropathic pain-like behaviors. We further performed high-throughput screens and identified an FDA-approved drug dicumarol as a novel and potent VRAC inhibitor. Intrathecal administration of dicumarol alleviated nerve injury-induced mechanical allodynia in mice. Our findings suggest that ATP-releasing VRAC in microglia is a key spinal cord determinant of neuropathic pain and a potential therapeutic target for this debilitating disease.

SUMMARY While nucleoside DNA methyltransferase inhibitors (DNMTi) such as decitabine and azacitidine are effective in treating myelodysplatic syndrome (MDS)/leukemia, they have had limited utility for the majority of other cancers. Through a chemical library screen, we identified that triptolide, a diterpenoid epoxide from Tripterygium wilfordii , or analogs significantly augmented the epigenetic and anti-cancer effects of decitabine in vitro and in vivo . These effects were attributable to inhibition of DCTPP1-mediated cleavage of 5-aza-deoxycytidine triphosphate, the convergent activated metabolite of nucleoside DNMTi, leading to enhanced drug incorporation into genomic DNA, increased DNMT degradation, enhanced global DNA demethylation and associated transcriptional reprogramming. We show that high DCTPP1 expression was associated with cell-intrinsic resistance to nucleoside DNMTi, and that triptolide and its analogs could overcome this resistance. SIGNIFICANCE We screened a library of existing drugs to identify those capable of enhancing the anti-cancer effects of the nucleoside DNMTi decitabine. The combination of triptolide and decitabine synergistically inhibited cancer cell growth and survival in vitro , and was highly effective in inhibiting xenograft growth in vivo . Biochemical, genetic and structural biology studies with triptolide and its analogs revealed that this synergy was due to their inhibition of DCTPP1-mediated pyrophosphate cleavage from 5-aza-deoxycytidine triphosphate, the active metabolite of DNMTi. The genomic incorporation and efficacy of decitabine in cancer cell lines were significantly correlated with DCTPP1 expression more so than those of other nucleoside metabolizing genes. Triptolide and its analogs comprise rational adjuncts to nucleoside DNMTi ripe for further pre-clinical/clinical translation. HIGHLIGHTS Triptolide synergistically sensitizes cancer cells to DNMTi in vitro . Triptolide and decitabine combination shows favorable efficacy and safety in vivo . Synergy of triptolide and decitabine is mediated through inhibition of DCTPP1. High DCTPP1 expression confers cell intrinsic resistance to DNMTi.