Small-molecule compounds that target the BET domain in proteins such as BRD4 have recently been identified as potential anticancer agents; here, the efficacy of the BRD4-targeting compound JQ1 is demonstrated in castration-resistant prostate cancer driven by deregulated androgen receptor action. Small-molecule compounds that target the BET domain chromatin factors such as BRD4 have recently come to the fore as potential anticancer agents in several cancer types. Arul Chinnaiyan and colleagues now demonstrate efficacy of the BRD4-targeting compound JQ1 in castration-resistant prostate cancer driven by deregulated androgen receptor action. They see inhibition of tumour xenograft growth in vivo in a mouse model through a mechanism that appears to endow JQ1 with greater potency than classical androgen receptor antagonists. Castration can control some prostate cancers by reducing levels of male sex hormone levels but tumours can become resistant. The prognosis for castration-resistant prostate cancers is generally poor. This work identifies the targeting of co-activators or mediators of androgen receptor transcriptional signalling as a possible alternative therapeutic strategy. Men who develop metastatic castration-resistant prostate cancer (CRPC) invariably succumb to the disease. Progression to CRPC after androgen ablation therapy is predominantly driven by deregulated androgen receptor (AR) signalling1,2,3. Despite the success of recently approved therapies targeting AR signalling, such as abiraterone4,5,6 and second-generation anti-androgens including MDV3100 (also known as enzalutamide)7,8, durable responses are limited, presumably owing to acquired resistance. Recently, JQ1 and I-BET762 two selective small-molecule inhibitors that target the amino-terminal bromodomains of BRD4, have been shown to exhibit anti-proliferative effects in a range of malignancies9,10,11,12. Here we show that AR-signalling-competent human CRPC cell lines are preferentially sensitive to bromodomain and extraterminal (BET) inhibition. BRD4 physically interacts with the N-terminal domain of AR and can be disrupted by JQ1 (refs 11, 13). Like the direct AR antagonist MDV3100, JQ1 disrupted AR recruitment to target gene loci. By contrast with MDV3100, JQ1 functions downstream of AR, and more potently abrogated BRD4 localization to AR target loci and AR-mediated gene transcription, including induction of the TMPRSS2-ERG gene fusion and its oncogenic activity. In vivo, BET bromodomain inhibition was more efficacious than direct AR antagonism in CRPC xenograft mouse models. Taken together, these studies provide a novel epigenetic approach for the concerted blockade of oncogenic drivers in advanced prostate cancer.

Abstract Over half of all people diagnosed with cancer receive radiation therapy. Moderate to severe radiation dermatitis occurs in most human radiation patients, causing pain, aesthetic distress, and a negative impact on tumor control. No effective prevention or treatment for radiation dermatitis exists. The lack of well-characterized, clinically relevant animal models of human radiation dermatitis contributes to the absence of strategies to mitigate radiation dermatitis. Here, we establish and characterize a hairless SKH-1 mouse model of human radiation dermatitis by correlating temporal stages of clinical and pathological skin injury. We demonstrate that a single ionizing radiation treatment of 30 Gy using 6 MeV electrons induces severe clinical grade 3 peak toxicity at 12 days, defined by marked erythema, desquamation and partial ulceration, with resolution occurring by 25 days. Histopathology reveals that radiation-induced skin injury features temporally unique inflammatory changes. Upregulation of epidermal and dermal TGF-ß1 and COX-2 protein expression occurs at peak dermatitis, with sustained epidermal TGF-ß1 expression beyond resolution. Specific histopathological variables that remain substantially high at peak toxicity and early clinical resolution, including epidermal thickening, hyperkeratosis and dermal fibroplasia/fibrosis, serve as specific measurable parameters for in vivo interventional preclinical studies that seek to mitigate radiation-induced skin injury.

Abstract The transcription factors EBF1 and PAX5 are frequently mutated in B cell acute lymphoblastic leukemia (B-ALL). We demonstrate that Pax5 +/- x Ebf1 +/- compound heterozygous mice develop highly penetrant leukemia. Similar results were seen in Pax5 +/- x Ikzf1 +/- and Ebf1 +/- x Ikzf1 +/- mice for B-ALL, or in Tcf7 +/- x Ikzf1 +/- mice for T cell leukemia. To identify genetic defects that cooperate with Pax5 and Ebf1 compound heterozygosity to initiate leukemia, we performed a Sleeping Beauty (SB) transposon screen that identified cooperating partners including gain-of-function mutations in Stat5 (∼65%) and Jak1(∼68%) , or loss-of-function mutations in Cblb (61%) and Myb (32%) . These findings underscore the role of JAK/STAT5 signaling in B cell transformation and demonstrate unexpected roles for loss-of-function mutations in Cblb and Myb in leukemic transformation. RNA-Seq studies demonstrated upregulation of a PDK1>SGK3>MYC pathway; treatment of Pax5 +/- x Ebf1 +/- leukemia cells with PDK1 inhibitors blocked proliferation in vitro. Finally, we identified conserved transcriptional variation in a subset of genes between human leukemias and our mouse B-ALL models. Thus, compound haploinsufficiency for B cell transcription factors likely plays a critical role in transformation of human B cells and suggest that PDK1 inhibitors may be effective for treating patients with such defects.

DNA repair dysregulation is a key driver of cancer development. Understanding the molecular mechanisms underlying DNA repair dysregulation in cancer cells is crucial for cancer development and therapies. Here, we report that enhancer of zeste homolog 2 (EZH2) directly methylates poly(adenosine diphosphate–ribose) polymerase-1 (PARP-1), an essential enzyme involved in DNA repair, and regulates its activity. Functionally, EZH2-catalyzed methylation represses PARP1 catalytic activity, down-regulates the recruitment of x-ray repair cross-complementing group-1 to DNA lesions and its associated DNA damage repair; on the other hand, it protects the cells from nicotinamide adenine dinucleotide overconsumption upon DNA damage formation. Meanwhile, EZH2-mediated methylation regulates PARP1 transcriptional and oncogenic activity, at least in part, through impairing PARP1-E2F1 interaction and E2F1 transcription factor activity. EZH2 and PARP1 inhibitors synergistically suppress prostate cancer growth. Collectively, our findings uncover an insight of EZH2 functions in fine-tuning PARP1 activity during DNA damage repair and cancer progression, which provides a rationale for combinational targeting EZH2 and PARP1 in cancer.

Molecular testing of oncogenic RAS mutations in colorectal cancer (CRC) have led to increased identification of mutations in patients with CRC. NRAS-mutated CRC has not been well characterized because it is less common (<6%) than KRAS mutations. Here, we report a novel 10 amino acid internal tandem duplication (ITD) in NRAS, which disrupts the switch II domain, in a patient with widely disseminated CRC. Hotspot next generation sequencing of a brain metastasis identified the NRAS ITD and a TP53 missense mutation (p.P275F). Whole exome sequencing of the primary tumor and two metastatic lesions (lung and brain) confirmed that the NRAS ITD and TP53 mutation were conserved between the primary tumor and both metastatic tumors, and identified an additional pathogenic mutation in CSMD1 (a tumor suppressor gene). Structural biology and biochemical analyses demonstrated that the NRAS ITD prevented binding to GAP protein, leading to sustained RAS activation, increased interaction with RAF, and downstream MAPK activation. Additionally, we provide the first crystal structure of the RAS ITD. In conclusion, these studies indicate that the NRAS ITD was the probable primary driver mutation of this aggressive CRC. Identical or biologically similar ITDs in NRAS and KRAS may be rare drivers of CRC and other aggressive malignancies.

Background & Aims: The primary cilium, an organelle that protrudes from cell surfaces, is essential for sensing extracellular signals. With disturbed cellular communication and chronic liver pathologies, this organelle’s dysfunctions have been linked to disorders, including polycystic liver disease (PLD) and Cholangiocarcinoma (CCA). The goal of this study was to elucidate the relationship between primary cilia and the crucial regulator of cellular proliferation, the epidermal growth factor receptor (EGFR) signaling pathway, which has been associated with various clinical conditions. Approach & Results: The study identified aberrant EGFR signaling pathways in cholangiocytes lacking functional primary cilia. Using liver-specific IFT88 knockout mice, a Pkhd1 mutant rat model, and human cell lines that didn’t have functional cilia. Cilia-deficient cholangiocytes showed persistent EGFR activation because of impaired receptor degradation, in contrast to their normal counterparts, where EGFR localization to the cilia promotes appropriate signaling. Using HDAC6 inhibitors to restore primary cilia accelerates EGFR degradation, thereby reducing maladaptive signaling. Importantly, experimental intervention with the HDAC6 inhibitor tubastatin A in an orthotopic rat model moved EGFR to cilia and reduced ERK phosphorylation. Concurrent administration of EGFR and HDAC6 inhibitors in cholangiocarcinoma and polycystic liver disease cells demonstrated synergistic anti-proliferative effects, which were associated with the restoration of functioning primary cilia. Conclusion: This study’s findings shed light on ciliary function and robust EGFR signaling with slower receptor turnover. We could use therapies that restore the function of primary cilia to treat EGFR-driven diseases in PLD and CCA.

Abstract Prostate cancer (PCa) is the second leading cause of cancer death in American men. PCa patients usually receive androgen deprivation therapy but eventually, they will relapse and tumors become castration-resistant PCa (CRPC) without effective treatments, highlighting the urgent need to develop better therapeutics to target advanced PCa. The main mechanism identified leading to castration resistance is aberrant androgen receptor (AR) reactivation, including AR overexpression. Approximately 80% of CRPC patients have a marked increase in AR mRNA and protein expression. Emerging evidence suggests genomic and transcriptomic changes insufficiently predict biology and mRNA and protein expression levels frequently do not correlate. Posttranscriptional regulation of AR mRNA can lead to AR overexpression. RNA binding proteins (RBPs) and non-coding RNAs (ncRNAs), such as microRNAs, long non-coding RNAs (lncRNAs) and circular RNAs (circRNAs), can control gene expression via direct binding to mRNAs and regulating mRNA processing, modification, and translation. Here in this study, we identified a novel PCa-specific lncRNA, PRCAT71, which is higher expressed in prostate tumor tissues than in benign tissues. Silencing PRCAT71 suppressed the cancerous properties of PCa cells, and reduced AR mRNA and protein expression levels, leading to inhibited AR signaling. We further uncovered that PRCAT71 formed an RNA-RNA duplex with AR mRNA, which enhanced the stability of AR mRNA. RNA pulldown assay identified PRCAT71- interacted RBPs. Silencing PRCAT71 reduced the interaction between key RBPs and AR mRNA, which is related to PRCAT71 regulating AR mRNA stability. Interestingly, PRCAT71 is transcriptionally regulated by AR-driven enhancers, thus forming a positive regulatory loop between AR and PRCAT71 in PCa. The high expression of PRCAT71 and key RBPs in PCa tumors are positively correlated with PSA level, AR activity and indicate worse patient overall survival and metastasis-free survival. Our study revealed a novel regulatory mechanism by which lncRNA PRCAT71 enhances the interaction of key RBPs with AR mRNA, stabilizes AR mRNA and promotes AR expression and PCa progression. Targeting PRCAT71-RBPs is a promising approach to treating CRPC. Citation Format: Yongyong Yang, Ting-You Wang, Qianru Li, Adam B Weiner, Jiawen Lu, Yanan Ren, Qingxiang Guo, Chaehyun Yum, Qi Liu, Rui Wang, Zhe Ji, Tamara L Lotan, Edward M Schaeffer, Rendong Yang, Qi Cao. Androgen receptor-regulated lncRNA PRCAT71 promotes AR signaling through the interaction with RBPs in prostate cancer [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: RNAs as Drivers, Targets, and Therapeutics in Cancer; 2024 Nov 14-17; Bellevue, Washington. Philadelphia (PA): AACR; Mol Cancer Ther 2024;23(11_Suppl):Abstract nr B019.

Abstract Background With the surge in genomic data driven by advancements in sequencing technologies, the demand for efficient bioinformatics tools for sequence analysis has become paramount. BLAST-like alignment tool (BLAT), a sequence alignment tool, faces limitations in performance efficiency and integration with modern programming environments, particularly Python. This study introduces PxBLAT, a Python-based framework designed to enhance the capabilities of BLAT, focusing on usability, computational efficiency, and seamless integration within the Python ecosystem. Results PxBLAT demonstrates significant improvements over BLAT in execution speed and data handling, as evidenced by comprehensive benchmarks conducted across various sample groups ranging from 50 to 600 samples. These experiments highlight a notable speedup, reducing execution time compared to BLAT. The framework also introduces user-friendly features such as improved server management, data conversion utilities, and shell completion, enhancing the overall user experience. Additionally, the provision of extensive documentation and comprehensive testing supports community engagement and facilitates the adoption of PxBLAT. Conclusions PxBLAT stands out as a robust alternative to BLAT, offering performance and user interaction enhancements. Its development underscores the potential for modern programming languages to improve bioinformatics tools, aligning with the needs of contemporary genomic research. By providing a more efficient, user-friendly tool, PxBLAT has the potential to impact genomic data analysis workflows, supporting faster and more accurate sequence analysis in a Python environment.

Small cell lung cancer (SCLC) is the most aggressive form of lung cancer, and new molecular insights are necessary for prognostic and therapeutic advances. Here we demonstrate in orthotopic mouse models that dopamine and cAMP-regulated phosphoprotein, Mr 32000 (DARPP-32) and its N-terminally truncated splice variant t-DARPP promote SCLC growth through increased proliferation, Akt/Erk-mediated survival and anti-apoptotic signaling. DARPP-32 and t-DARPP proteins are overexpressed in SCLC patient-derived tumor tissue, but virtually undetectable in physiologically normal lung. RNA sequencing analysis reveals a subset of SCLC patients with high tumoral t-DARPP expression and upregulated Notch signaling genes, including achaete-scute homologue 1 (ASCL1). We show that DARPP-32 isoforms are transcriptionally activated by ASCL1 in human SCLC cells. Taken together, we demonstrate new regulatory mechanisms of SCLC oncogenesis that suggest DARPP-32 isoforms may represent a negative prognostic indicator for SCLC and serve as a potential target for the development of new therapies.