Objective The hallmark oncogene MYC drives the progression of most tumours, but direct inhibition of MYC by a small-molecule drug has not reached clinical testing. MYC is a transcription factor that depends on several binding partners to function. We therefore explored the possibility of targeting MYC via its interactome in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). Design To identify the most suitable targets among all MYC binding partners, we constructed a targeted shRNA library and performed screens in cultured PDAC cells and tumours in mice. Results Unexpectedly, many MYC binding partners were found to be important for cultured PDAC cells but dispensable in vivo. However, some were also essential for tumours in their natural environment and, among these, the ATPases RUVBL1 and RUVBL2 ranked first. Degradation of RUVBL1 by the auxin-degron system led to the arrest of cultured PDAC cells but not untransformed cells and to complete tumour regression in mice, which was preceded by immune cell infiltration. Mechanistically, RUVBL1 was required for MYC to establish oncogenic and immunoevasive gene expression identifying the RUVBL1/2 complex as a druggable vulnerability in MYC-driven cancer. Conclusion One implication of our study is that PDAC cell dependencies are strongly influenced by the environment, so genetic screens should be performed in vitro and in vivo. Moreover, the auxin-degron system can be applied in a PDAC model, allowing target validation in living mice. Finally, by revealing the nuclear functions of the RUVBL1/2 complex, our study presents a pharmaceutical strategy to render pancreatic cancers potentially susceptible to immunotherapy.

Homologous recombination (HR) and poly ADP-ribosylation are partially redundant pathways for repair of DNA damage in normal and cancer cells. In cell lines that are deficient in HR, inhibition of poly (ADP-ribose) polymerase (PARP1/2) is a proven target with several PARP inhibitors (PARPi) currently in clinical use. Resistance to PARP inhibitors often develops, usually involving genetic alterations in DNA repair signaling cascades, but also metabolic rewiring particularly in HR-proficient cells. PARP1/2 utilize NAD+ (nicotinamide adenine dinucleotide), an essential substrate not only for PARPs but also for multiple pathways in cellular metabolism, TCA cycle and mitochondrial functions. Thus, NAD+ is central to many key cellular functions. Both activation of PARPs by DNA damage and their inhibition by drugs such as olaparib affect NAD+ consumption. We surmised that alterations in NAD+ metabolism by cancer drugs such as Olaparib might be involved in the development of resistance to drug therapy. To test this hypothesis, we conducted a metabolism-focused CRISPR knockout (KO) screen to identify genes which undergo alterations during treatment of tumor cells with PARP inhibitors. Of about 3000 genes in the screen, our data revealed that mitochondrial pyruvate carrier 1 (MPC1) is an essential factor in desensitizing NSCLC lung cancer lines to PARP inhibition. In contrast to NSCLC lung cancer cells, triple negative breast cancer cells do not exhibit such desensitization following MPC1 loss and reprogram the TCA cycle and oxidative phosphorylation pathways to overcome PARP inhibitor treatment. Our findings unveil a previously unknown synergistic response between MPC1 loss and PARP inhibition in lung cancer cells.

Summary The contribution of deubiquitylating enzymes to β-Catenin stabilisation in intestinal stem cells and colorectal cancer (CRC) is poorly understood. Here, we report the deubiquitylase USP10 as an APC-truncation- specific enhancer of β-Catenin stability, potentiating WNT signalling in CRC and cancer stem cells. Mechanistically, interaction studies in various CRC cell lines and in vitro binding studies, together with computational modelling, revealed that USP10 binding to β-Catenin is mediated via the unstructured N-terminus of USP10 and requires the absence of full-length APC. Notably, loss of USP10 in CRISPR engineered intestinal organoids reduces tumorigenic properties of CRC and blocks the super competitor-signalling of APC-mutated CRC. Furthermore, reduction of USP10 induces the expression of differentiation genes, and opposes the APC-truncated phenotype in an intestinal hyperplasia model of D.melanogaster . Taken together, our findings reveal USP10s role in intestinal tumourigenesis by stabilising β-Catenin, leading to aberrant WNT signalling, enhancing cancer cell stemness and implicate the DUB USP10 as a cancer specific therapeutic vulnerability in Apc truncated CRC.

Abstract Squamous cell carcinomas (SCC) frequently have a limited response to or develop resistance to platinum-based chemotherapy, and have an exceptionally high tumor mutational burden. As a consequence, overall survival is limited and novel therapeutic strategies are urgently required, especially in light of a rising incidences. SCC tumors express ΔNp63, a potent regulator of the Fanconi Anemia (FA) DNA-damage response pathway during chemotherapy, thereby directly contributing to chemotherapy-resistance. Here we report that the deubiquitylase USP28 affects the FA DNA repair pathway during cisplatin treatment in SCC, thereby influencing therapy outcome. In an ATR-dependent fashion, USP28 is phosphorylated and activated to positively regulate the DNA damage response. Inhibition of USP28 reduces recombinational repair via an ΔNp63-Fanconi Anemia pathway axis, and weakens the ability of tumor cells to accurately repair DNA. Our study presents a novel mechanism by which tumor cells, and in particular ΔNp63 expressing SCC, can be targeted to overcome chemotherapy resistance. Significance Limited treatment options and low response rates to chemotherapy are particularly common in patients with squamous cancer. The SCC specific transcription factor ΔNp63 enhances the expression of Fanconi Anemia genes, thereby contributing to recombinational DNA repair and Cisplatin resistance. Targeting the USP28-ΔNp63 axis in SCC tones down this DNA damage response pathways, thereby sensitizing SCC cells to cisplatin treatment.

Abstract Background Despite advances in treatment of patients with non-small cell lung cancer, carriers of certain genetic alterations are prone to failure. One such factor frequently mutated, is the tumor suppressor PTEN. These tumors are supposed to be more resistant to radiation, chemo- and immunotherapy. Methods Using CRISPR genome editing, we deleted PTEN in a human tracheal stem cell-like cell line as well generated primary murine NSCLC, proficient or deficient for Pten , in vivo . These models were used to verify the impact of PTEN loss in vitro and in vivo by immunohistochemical staining, western blot and RNA-Sequencing. Radiation sensitivity was assessed by colony formation and growth assays. To elucidate putative treatment options, identified via the molecular characterisation, PTEN pro- and deficient cells were treated with PI3K/mTOR/DNA-PK-inhibitor PI-103 or the ATM-inhibitors KU-60019 und AZD 1390. Changes in radiation sensitivity were assessed by colony-formation assay, FACS, western-blot, phospho-proteomic mass spectrometry and ex vivo lung slice cultures. Results We demonstrate that loss of PTEN led to altered expression of transcriptional programs which directly regulate therapy resistance, resulting in establishment of radiation resistance. While PTEN-deficient tumor cells were not dependent on DNA-PK for IR resistance nor activated ATR during IR, they showed a significant dependence for the DNA damage kinase ATM. Pharmacologic inhibition of ATM, via KU-60019 and AZD1390 at non-toxic doses, restored and even synergized with IR in PTEN-deficient human and murine NSCLC cells as well in a multicellular organotypic ex vivo tumor model. Conclusion PTEN tumors are addicted to ATM to detect and repair radiation induced DNA damage. This creates an exploitable bottleneck. At least in cellulo and ex vivo we show that low concentration of ATM inhibitor is able to synergise with IR to treat PTEN-deficient tumors in genetically well-defined IR resistant lung cancer models.

Abstract Oncogenic transformation of lung epithelial cells is a multi-step process, frequently starting with the inactivation of tumor suppressors and subsequent activating mutations in proto-oncogenes, such as members of the PI3K or MAPK family. Cells undergoing transformation have to adjust to changes, such as metabolic requirements. This is achieved, in part, by modulating the protein abundance of transcription factors, which manifest these adjustments. Here, we report that the deubiquitylase USP28 enables oncogenic reprogramming by regulating the protein abundance of proto-oncogenes, such as c-JUN, c-MYC, NOTCH and ΔNP63, at early stages of malignant transformation. USP28 is increased in cancer compared to normal cells due to a feed-forward loop, driven by increased amounts of oncogenic transcription factors, such as c-MYC and c-JUN. Irrespective of oncogenic driver, interference with USP28 abundance or activity suppresses growth and survival of transformed lung cells. Furthermore, inhibition of USP28 via a small molecule inhibitor reset the proteome of transformed cells towards a ‘pre-malignant’ state, and its inhibition cooperated with clinically established compounds used to target EGFR L858R , BRAF V600E or PI3K H1047R driven tumor cells. Targeting USP28 protein abundance already at an early stage via inhibition of its activity therefore is a feasible strategy for the treatment of early stage lung tumours and the observed synergism with current standard of care inhibitors holds the potential for improved targeting of established tumors.

Abstract The transcription factor ΔNp63 is a master regulator that establishes epithelial cell identity and is essential for the survival of SCC of lung, head and neck, oesophagus, cervix and skin. Here, we report that the deubiquitylase USP28 stabilizes ΔNp63 protein and maintains elevated ΔNP63 levels in SCC by counteracting its proteasome-mediated degradation. Interference with USP28 activity by genetic means abolishes the transcriptional identity of SCC cells and suppresses growth and survival of human SCC cells. CRISPR/Cas9-engineered mouse models establish that both induction and maintenance of lung SCC strictly depend on endogenous USP28. Targeting ΔNp63 protein abundance in SCC via inhibition of USP28 therefore is a feasible strategy for the treatment of SCC tumours. Significance SCC depend on ΔNp63, and its protein abundance is tightly controlled by the ubiquitin proteasome system. Here, we demonstrate the dependence of SCC on USP28 for various human SCC in vitro and in vivo using murine lung tumour models. As inhibitors for deubiquitylases become available, targeting USP28 is a promising therapeutic strategy.