Abstract Fluorescence staining techniques, such as Cell Painting, together with fluorescence microscopy have proven invaluable for visualizing and quantifying the effects that drugs and other perturbations have on cultured cells. However, fluorescence microscopy is expensive, time-consuming, and labor-intensive, and the stains applied can be cytotoxic, interfering with the activity under study. The simplest form of microscopy, brightfield microscopy, lacks these downsides, but the images produced have low contrast and the cellular compartments are difficult to discern. Nevertheless, by harnessing deep learning, these brightfield images may still be sufficient for various predictive purposes. In this study, we compared the predictive performance of models trained on fluorescence images to those trained on brightfield images for predicting the mechanism of action (MoA) of different drugs. We also extracted CellProfiler features from the fluorescence images and used them to benchmark the performance. Overall, we found comparable and correlated predictive performance for the two imaging modalities. This is promising for future studies of MoAs in time-lapse experiments.

SUMMARY PolyQ diseases are autosomal dominant neurodegenerative disorders caused by the expansion of CAG repeats. While of slow progression, these diseases are ultimately fatal and lack effective therapies. Here, we present our results from a High-Throughput chemical screen oriented to find drugs that lower the toxicity of a protein containing the first exon from the Huntington’s disease protein huntingtin (HTT) harboring 94 glutamines (Htt-Q 94 ). Our screening identified the anti-leprosy drug clofazimine as a hit, which was subsequently validated in several in vitro models as well as in a zebrafish model of polyQ toxicity. Computational analyses of transcriptional signatures, together with molecular modeling and biochemical assays revealed that clofazimine is an agonist of the peroxisome proliferator activated receptor gamma (PPAR γ ), previously suggested as a potential therapy for HD by stimulating mitochondrial biogenesis. Accordingly, clofazimine rescued the mitochondrial dysfunction triggered by Htt-Q 94 expression. Together, our results support the potential of clofazimine repurposing for the treatment of PolyQ diseases.

ABSTRACT mRNA translation is one of the most energy-demanding processes for living cells, alterations of which have been frequently documented in human disease. Using recently developed technologies that enable image-based quantitation of overall translation levels, we here conducted a chemical screen to evaluate how medically approved drugs, as well as drugs that are currently under development, influence overall translation levels. Consistent with current knowledge, inhibitors of the mTOR signaling pathway were the most represented class among translation suppresors. In addition, we identified that inhibitors of sphingosine kinases (SPHKs) also reduce mRNA translation levels independently of mTOR. Mechanistically this is explained by an effect of the compounds on the membranes of the endoplasmic reticulum, which activates the integrated stress response (ISR). Accordingly, the impact of SPHK inhibitors on translation is alleviated by the concomitant inhibition of ISR kinases. On the other hand, and despite the large number of molecules tested, our study failed to identify chemicals capable of substantially increasing mRNA translation, raising doubts on to what extent translation can be supra-physiologically stimulated in mammalian cells. In summary, our study provides the first comprehensive characterization of the effect of known drugs on protein translation and has helped to unravel a new link between lipid metabolism and mRNA translation in human cells.

Estrogen receptor (ER)-positive breast tumors are routinely treated with estrogen-depriving therapies. Despite their effectiveness, patients often progress into a more aggressive form of the disease. Through a chemical screen oriented to identify chemicals capable of inducing the expression of the immune-checkpoint ligand PD-L1, we found antiestrogens as hits. Subsequent validations confirmed that estrogen deprivation or ERα depletion induces PD-L1 expression in ER-positive breast cancer cells, both in vitro and in vivo . Likewise, PD-L1 expression is increased in metastasis arising from breast cancer patients receiving adjuvant hormonal therapy for their local disease. Transcriptome analyses indicate that estrogen deprivation triggers a broad immunosuppressive program, not restricted to PD-L1. Accordingly, estrogen deprived MCF7 cells are resistant to T-cell mediated cell killing, in a manner that can be reverted by estradiol. Our study reveals that while antiestrogen therapies effectively limit tumor growth in ER-positive breast cancers, they also trigger a transcriptional program that favors immune evasion.

ABSTRACT The tetracycline repressor (tetR)-regulated system is a widely used tool to specifically control gene expression in mammalian cells. Based on this system, we generated a human osteosarcoma cell line which allows for inducible expression of an EGFP-fusion of the TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43), which has been linked to neurodegenerative diseases. Consistent with previous findings, TDP-43 overexpression led to the accumulation of aggregates and limited the viability of U2OS. Using this inducible system, we conducted a chemical screen with a library that included FDA-approved drugs. While the primary screen identified several compounds that prevented TDP-43 toxicity, further experiments revealed that these chemicals abrogated doxycyclinedependent TDP-43 expression. This antagonistic effect was observed with both doxycycline and tetracycline, and in several Tet-On cell lines expressing different genes, confirming the general effect of these compounds as inhibitors of the tetR system. Using the same cell line, a genome-wide CRISPR/Cas9 screen identified epigenetic regulators such as the G9a methyltransferase or TRIM28 as potential modifiers of TDP-43 toxicity. Yet again, further experiments revealed that G9a inhibition or TRIM28 loss prevented doxycycline-dependent expression of TDP-43. Together, these results suggest that none of the medically approved drugs significantly mitigates TDP-43 toxicity, identify new chemical and genetic regulators of the tetR system, and raise awareness on the limitations of this approach to conduct chemical or genetic screenings in mammalian cells.