SUMMARY Proliferation is a fundamental trait of cancer cells but is poorly characterized in tumors by classical histologic methods. We use multiplexed tissue imaging to quantify the abundance of multiple cell cycle regulating proteins at single-cell level and develop robust multivariate proliferation metrics. Across cancers, the proliferative architecture is organized at two distinct spatial scales: large domains, and local niches enriched for specific immune lineages. A subset of tumor cells express cell cycle regulators in canonical patterns consistent with unrestrained proliferation, a phenomenon we refer to as “cell cycle coherence”. By contrast, the cell cycles of other tumor cell populations are skewed toward a specific phase or characterized by non-canonical (incoherent) marker combinations. Coherence varies across space, with changes in oncogene activity, and with therapeutic intervention, and is associated with aggressive behavior. Multivariate measures capture clinically significant features of cancer proliferation, a fundamental step in enabling more precise use of anti-cancer therapies.

Vitamin C (vitC) is a vital nutrient for health and also used as a therapeutic agent in diseases such as cancer. However, the mechanisms underlying vitC's effects remain elusive. Here we report that vitC directly modifies lysine without enzymes to form vitcyl-lysine, termed "vitcylation", in a dose-, pH-, and sequence-dependent manner across diverse proteins in cells. We further discover that vitC vitcylates K298 site of STAT1, which impairs its interaction with the phosphatase PTPN2, preventing STAT1 Y701 dephosphorylation and leading to increased STAT1-mediated IFN pathway activation in tumor cells. As a result, these cells have increased MHC/HLA class-I expression and activate immune cells in co-cultures. Tumors collected from vitC-treated tumor-bearing mice have enhanced vitcylation, STAT1 phosphorylation and antigen presentation. The identification of vitcylation as a novel PTM and the characterization of its effect in tumor cells opens a new avenue for understanding vitC in cellular processes, disease mechanisms, and therapeutics.

Summary Epidermal growth factor receptor (EGFR) is mutated or amplified in a majority of glioblastoma (GBM), and its mutation and focal amplification correlate with a more aggressive disease course. However, EGFR-directed tyrosine kinase inhibitors (TKIs) tested to date have yielded minimal clinical benefit. Here, we report a novel covalent-binding EGFR-TKI, CM93, as a potential drug to target adult GBMs with aberrant EGFR. CM93 has extraordinary brain exposure, with a brain-to-plasma ratio greater than 20-fold at estimated steady state. While all approved EGFR-TKIs are subject to extensive efflux transporter activity, CM93 does not inhibit the P-glycoprotein (P-gp) and breast cancer resistance protein (BCRP) efflux transporters in Caco-2 cells at expected clinically relevant plasma concentrations. Equally, CM93 demonstrates moderate absorption and permeation in Caco-2 cell monolayers with efflux ratios < 2, suggesting that it is not likely a substrate of an efflux transporter. Collectively, these in vitro data may account for the dramatic increase in brain exposure over plasma as noted above. Pre-clinical efficacy studies showed that CM93 is more effective than other EGFR-TKIs in blocking the proliferation of GBM tumor cells from both patient-derived and cultured human GBM cell lines with EGFR amplification and/or EGFRvIII mutation. In addition, CM93 administered as a single agent was able to attenuate the growth of orthotopic U251-EGFRvIII xenografts and extend the survival of tumor-bearing mice in a dose-dependent manner. Moreover, CM93 inhibited EGFR phosphorylation in GBM tumors derived from a novel genetically-engineered mouse (GEM) model of GBM with EGFRvIII expression both in vitro and in vivo . CM93 also extended the survival of mice bearing orthotopic allografts of GBM. Notably, mice maintained stable body weight during treatments with increasing doses of CM93 up to 75 mg/kg per day. Together, these data suggest that CM93 is a potential EGFR-TKI well suited for the treatment of adult GBM with mutant EGFR.