ABSTRACT Combination chemotherapy is crucial for achieving durable cancer cures, however, developing safe and effective drug combinations has been a significant challenge. To improve this process, we conducted large-scale targeted CRISPR knockout screens in drug-treated cells, creating a genetic map of druggable genes that sensitize cells to commonly used chemotherapeutics. We prioritized neuroblastoma, the most common pediatric solid tumor, where 50% of high-risk patients do not survive. Our screen examined all druggable gene knockouts in 18 cell lines (10 neuroblastoma, 8 others) treated with 8 widely used drugs, resulting in 94,320 unique combination-cell line perturbations, which is comparable to the largest drug combination screens ever reported. Remarkably, using dense drug-drug rescreening, we found that the top CRISPR-nominated drug combinations were far more synergistic than standard-of-care combinations, suggesting existing combinations could be improved. As proof of principle, we discovered that inhibition of PRKDC, a component of the non-homologous end-joining pathway, sensitizes high-risk neuroblastoma cells to the standard-of-care drug doxorubicin in vitro and in vivo using PDX models. Our findings provide a valuable resource for the development of improved chemotherapeutic strategies and demonstrate the feasibility of using targeted CRISPR knockout to discover new combinations with common chemotherapeutics, a methodology with application across all cancers.

ABSTRACT Transfer RNA (tRNA) modifications are crucial for protein synthesis, but their position-specific physiological roles remain poorly understood. Here we investigate the impact of N4-acetylcytidine (ac 4 C), a highly conserved tRNA modification, using a Thumpd1 knockout mouse model. We find that loss of Thumpd1-dependent tRNA acetylation leads to reduced levels of tRNA Leu , increased ribosome stalling, and activation of eIF2α phosphorylation. Thumpd1 knockout mice exhibit growth defects and sterility. Remarkably, concurrent knockout of Thumpd1 and the stress-sensing kinase Gcn2 causes penetrant postnatal lethality, indicating a critical genetic interaction. Our findings demonstrate that a modification restricted to a single position within type II cytosolic tRNAs can regulate ribosome-mediated stress signaling in mammalian organisms, with implications for our understanding of translation control as well as therapeutic interventions.

Summary Rhabdomyosarcoma (RMS) is a pediatric skeletal muscle sarcoma characterized by the expression of the myogenic-lineage transcription factors (TF) MYOD1 and MYOG. Despite high expression of these TFs, RMS cells fail to terminally differentiate, suggesting the presence of factors that alter their function. Here, we demonstrate that the developmental TF, SIX1, is highly expressed in RMS and is critical to maintain a muscle progenitor-like state. SIX1 loss induces terminal differentiation of RMS cells into myotube-like cells and dramatically impedes tumor growth in vivo . We show that SIX1 maintains the RMS undifferentiated state by controlling enhancer activity and MYOD1 occupancy at loci more permissive to tumor growth over terminal muscle differentiation. Finally, we demonstrate that a gene signature derived from SIX1 loss correlates with differentiation status in RMS and predicts RMS progression in human disease. Our findings demonstrate a master regulatory role for SIX1 in the repression of RMS differentiation via genome-wide alterations in MYOD1-mediated transcription. Highlights SIX1 prevents differentiation in RMS while it promotes differentiation during normal development FN-RMS are highly dependent on SIX1 for growth in both zebrafish and mouse xenograft models Loss of SIX1 alters the transcriptional landscape of RMS cells, inducing a growth to differentiation switch SIX1 knockdown in FN-RMS causes reduced super enhancer-based activity at stem-related genes and enhanced MYOD1 binding to differentiation loci, resulting in the activation of a myogenic differentiation program A gene signature derived from SIX1 loss strongly correlates with myogenic differentiation status and is predictive of advanced RMS.