Abstract The signaling mechanisms between prostate cancer cells and infiltrating immune cells may illuminate novel therapeutic approaches. Here, utilizing a prostate adenocarcinoma model driven by loss of Pten and Smad4, we identify polymorphonuclear myeloid-derived suppressor cells (MDSC) as the major infiltrating immune cell type, and depletion of MDSCs blocks progression. Employing a novel dual reporter prostate cancer model, epithelial and stromal transcriptomic profiling identified CXCL5 as a cancer-secreted chemokine to attract CXCR2-expressing MDSCs, and, correspondingly, pharmacologic inhibition of CXCR2 impeded tumor progression. Integrated analyses identified hyperactivated Hippo–YAP signaling in driving CXCL5 upregulation in cancer cells through the YAP–TEAD complex and promoting MDSC recruitment. Clinicopathologic studies reveal upregulation and activation of YAP1 in a subset of human prostate tumors, and the YAP1 signature is enriched in primary prostate tumor samples with stronger expression of MDSC-relevant genes. Together, YAP-driven MDSC recruitment via heterotypic CXCL5–CXCR2 signaling reveals an effective therapeutic strategy for advanced prostate cancer. Significance: We demonstrate a critical role of MDSCs in prostate tumor progression and discover a cancer cell nonautonomous function of the Hippo–YAP pathway in regulation of CXCL5, a ligand for CXCR2-expressing MDSCs. Pharmacologic elimination of MDSCs or blocking the heterotypic CXCL5–CXCR2 signaling circuit elicits robust antitumor responses and prolongs survival. Cancer Discov; 6(1); 80–95. ©2015 AACR. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1

Despite being FDA-approved for COVID-19, the clinical efficacy of remdesivir (Veklury®) remains contentious. We previously pointed out pharmacokinetic, pharmacodynamic and toxicology reasons for why its parent nucleoside GS-441524, is better suited for COVID-19 treatment. Here, we assess the oral bioavailability of GS-441524 in beagle dogs and show that plasma concentrations ~24-fold higher than the EC50 against SARS-CoV-2 are easily and safely sustained. These data support translation of GS-441524 as an oral agent for COVID-19.

Abstract The phosphonate group is a key pharmacophore in many anti-viral, anti-microbial, and anti-neoplastic drugs. Due to its high polarity and short retention time, detecting and quantifying such phosphonate-containing drugs with LC/MS-based methods is challenging and requires derivatization with hazardous reagents. Given the emerging importance of phosphonate-containing drugs, developing a practical, accessible, and safe method for their quantitation in pharmacokinetics (PK) studies is desirable. NMR-based methods are often employed in drug discovery but are seldom used for compound quantitation in PK studies. Here, we show that proton-phosphorous ( 1 H- 31 P) heteronuclear single quantum correlation (HSQC) NMR allows for quantitation of the phosphonate-containing enolase inhibitor HEX in plasma and tissue at micromolar concentrations. Although mice were shown to rapidly clear HEX from circulation (over 95% in <1 hr), the plasma half-life of HEX was more than 1hr in rats and nonhuman primates. This slower clearance rate affords a significantly higher exposure of HEX in rat models compared to mouse models while maintaining a favorable safety profile. Similar results were observed for the phosphonate-containing antibiotic, fosfomycin. Our study demonstrates the applicability of the 1 H- 31 P HSQC method to quantify phosphonate-containing drugs in complex biological samples and illustrates an important limitation of mice as preclinical model species for phosphonate-containing drugs.

Abstract Puromycin is an amino nucleoside that inhibits protein synthesis by interrupting elongation of nascent peptide chains. It is a commonly used selection antibiotic in molecular biology research via engineered expression of a puromycin resistance transgene. The enzyme puromycin acetyl transferase (pac) or PuroR inactivates puromycin by N-acetylating its reactive amino group. Puromycin acetylation by pac requires the central metabolite and acetyl group donor acetyl-CoA as a substrate. We found that puromycin treatment exacerbates sensitivity of cancer cells to knockdown of pantothenate kinases, the proteins that catalyze the rate-limiting step of de novo coenzyme A production in cells. Mechanistically, we found that ablation of PANKs together with puromycin depletes acetyl-CoA levels, in a manner modulated by the dose of puromycin. Our findings provide a note of caution and context in the use of puromycin for metabolism research in that interference with the major acyl donor used for inactivating biotransformation may exacerbate toxicity under selection. Broadly, our findings also invite studies to explore how targeting CoA and acetyl-CoA synthesis may be exploited to enhance cytotoxic effects of cancer drugs that undergo acetylation.

Extensive efforts have been made to use non-invasive 1H magnetic resonance (MR) spectroscopy to quantify metabolites that are diagnostic of specific disease states. Within the realm of precision oncology, these efforts have largely centered on quantifying 2-hydroxyglutarate (2-HG) in tumors harboring isocitrate dehydrogenase 1 (IDH1) mutations. As many metabolites have similar chemical shifts, the resulting 1H spectra of intact biological material are highly convoluted, limiting the application of 1H MR to high abundance metabolites. Hydrogen-Carbon Heteronuclear single quantum correlation 1H-13C HSQC is routinely employed in organic synthesis to resolve complex spectra but has received limited attention for biological studies. Here, we show that 1H-13C HSQC offers a dramatic improvement in sensitivity compared to one-dimensional (1D) 13C NMR and dramatic signal deconvolution compared to 1D 1H spectra in an intact biological setting. Using a standard NMR spectroscope without specialized signal enhancements features such as magic angle spinning, metabolite extractions or 13C-isotopic enrichment, we obtain well-resolved 2D 1H-13C HSQC spectra in live cancer cells, in ex-vivo freshly dissected xenografted tumors and resected primary tumors. We demonstrate that this method can readily identify tumors with specific genetic-driven oncometabolite alterations such as IDH mutations with elevation of 2-HG as well as PGD-homozygously deleted tumors with elevation of gluconate. These data support the potential of 1H-13C HSQC as a non-invasive diagnostic tool for metabolic precision oncology.

Abstract Coenzyme A (CoA) is an essential co-factor at the intersection of diverse metabolic pathways. Cellular CoA biosynthesis is regulated at the first committed step— phosphorylation of pantothenic acid—catalyzed by pantothenate kinases (PANK1,2,3 in humans, PANK3 being the most highly expressed). Despite the critical importance of CoA in metabolism, the differential roles of PANK isoforms remain poorly understood. Our investigations of PANK proteins as precision oncology collateral lethality targets ( PANK1 is co-deleted as part of the PTEN locus in some highly aggressive cancers) were severely hindered by a dearth of commercial antibodies that can reliably detect endogenous PANK3. While we successfully validated commercial antibodies for PANK1 and PANK2 using CRISPR knockout cell lines, we found no commercial antibody that could detect endogenous PANK3. We therefore set out to generate a mouse monoclonal antibody against human PANK3 protein. We demonstrate that clone (Clone MDA-299-62A) can reliably detect endogenous PANK3 protein in cancer cell lines, with band-specificity confirmed by CRISPR PANK3 knockout cell lines. Sub-cellular fractionation indicates that PANK3 is overwhelmingly cytosolic and expressed broadly across cancer cell lines. PANK3 monoclonal antibody MDA-299-62A should prove a valuable tool for researchers investigating this understudied family of metabolic enzymes in health and disease.

Tumor angiogenesis is a cancer hallmark, and its therapeutic inhibition has provided meaningful, albeit limited, clinical benefit. While anti-angiogenesis inhibitors deprive the tumor of oxygen and essential nutrients, cancer cells activate metabolic adaptations to diminish therapeutic response. Despite these adaptations, angiogenesis inhibition incurs extensive metabolic stress, prompting us to consider such metabolic stress as an induced vulnerability to therapies targeting cancer metabolism. Metabolomic profiling of angiogenesis-inhibited intracranial xenografts showed universal decrease in tricarboxylic acid cycle intermediates, corroborating a state of anaplerotic nutrient deficit or stress. Accordingly, we show strong synergy between angiogenesis inhibitors (Avastin, Tivozanib) and inhibitors of glycolysis or oxidative phosphorylation through exacerbation of anaplerotic nutrient stress in intracranial orthotopic xenografted gliomas. Our findings were recapitulated in GBM xenografts that do not have genetically predisposed metabolic vulnerabilities at baseline. Thus, our findings cement the central importance of the tricarboxylic acid cycle as the nexus of metabolic vulnerabilities and suggest clinical path hypothesis combining angiogenesis inhibitors with pharmacological cancer interventions targeting tumor metabolism for GBM tumors.

Inhibiting glycolysis remains an aspirational approach for the treatment of cancer. We recently demonstrated that SF2312, a natural product phosphonate antibiotic, is a potent inhibitor of the glycolytic enzyme Enolase with potential utility for the collateral lethality-based treatment of Enolase-deficient glioblastoma (GBM). However, phosphonates are anionic at physiological pH, limiting cell and tissue permeability. Here, we show that addition of pivaloyloxymethyl (POM) groups to SF2312 (POMSF) dramatically increases potency, leading to inhibition of glycolysis and killing of ENO1-deleted glioma cells in the low nM range. But the utility of POMSF in vivo is dose-limited by severe hemolytic anemia. A derivative, POMHEX, shows equipotency to POMSF without inducing hemolytic anemia. POMHEX can eradicate intracranial orthotopic ENO1-deleted tumors, despite sub-optimal pharmacokinetic properties. Taken together, our data provide in vivo proof-of-principal for collateral lethality in precision oncology and showcase POMHEX as a useful molecule for the study of glycolysis in cancer metabolism.