ABSTRACT The chromatin adaptor Menin interacts with oncogenic fusion proteins encoded by MLL1 -rearrangements ( MLL1 -r), and small molecules that disrupt these associations are currently in clinical trials for the treatment of leukemia. By integrating chromatin-focused and genome-wide CRISPR screens with genetic, pharmacological, and biochemical approaches in mouse and human systems, we discovered a molecular switch between the MLL1-Menin and MLL3/4-UTX chromatin modifying complexes that dictates response to Menin-MLL inhibitors. We show that MLL1-Menin safeguards leukemia survival by impeding binding of the MLL3/4-UTX complex at a subset of target gene promoters. Disrupting the interaction between Menin and MLL1 leads to UTX-dependent transcriptional activation of a tumor suppressor gene-program that is crucial for a therapeutic response in murine and human leukemia. We establish the therapeutic relevance of this mechanism by showing that CDK4/6 inhibitors allow re-activation of this tumor-suppressor program in Menin-inhibitor insensitive leukemia cells, mitigating treatment resistance. The discovery of a molecular switch between MLL1-Menin and MLL3/4-UTX complexes on chromatin sheds light on novel functions of these evolutionary conserved epigenetic mediators and is particularly relevant to understand and target molecular pathways determining response and resistance in ongoing phase 1/2 clinical trials.

The brain helps us survive by forming internal representations of the external world 1,2 . Excitatory cortical neurons are often precisely tuned to specific external stimuli 3,4 . However, inhibitory neurons, such as parvalbumin-positive (PV) interneurons, are generally less selective 5 . PV interneurons differ from excitatory cells in their neurotransmitter receptor subtypes, including AMPA receptors 6,7 . While excitatory neurons express calcium-impermeable AMPA receptors containing the GluA2 subunit, PV interneurons express receptors that lack the GluA2 subunit and are calcium-permeable (CP-AMPARs). Here we demonstrate a causal relationship between CP-AMPAR expression and the low feature selectivity of PV interneurons. We find a low expression stoichiometry of GluA2 mRNA relative to other subunits in PV interneurons which is conserved across ferrets, rodents, marmosets, and humans, causing abundant CP-AMPAR expression. Replacing CP-AMPARs in PV interneurons with calcium-impermeable AMPARs increased their orientation selectivity in the visual cortex. Sparse CP-AMPAR manipulations demonstrated that this increase was cell-autonomous and could occur well beyond development. Interestingly, excitatory-PV interneuron connectivity rates and unitary synaptic strength were unaltered by CP-AMPAR removal, suggesting that the selectivity of PV interneurons can be altered without drastically changing connectivity. In GluA2 knockout mice, where all AMPARs are calcium-permeable, excitatory neurons showed significantly reduced orientation selectivity, suggesting that CP-AMPARs are sufficient to drive lower selectivity regardless of cell type. Remarkably, hippocampal PV interneurons, which usually exhibit low spatial tuning, became more spatially selective after removing CP-AMPARs, indicating that CP-AMPARs suppress the feature selectivity of PV interneurons independent of modality. These results reveal a novel role of CP-AMPARs in maintaining a low-selectivity sensory representation in PV interneurons and suggest a conserved molecular mechanism that distinguishes the unique synaptic computations of inhibitory and excitatory neurons.