ABSTRACT Protein kinases are disease drivers whose therapeutic targeting traditionally centers on inhibition of enzymatic activity. Here chemically induced proximity is leveraged to convert kinase inhibitors into context-specific activators of therapeutic genes. Bivalent molecules that link ligands of the transcription factor B-cell lymphoma 6 (BCL6) to ATP-competitive inhibitors of cyclin-dependent kinases (CDKs) were developed to re-localize CDK to BCL6-bound loci on chromatin and direct phosphorylation of RNA Pol II. The resulting BCL6-target proapoptotic gene expression translated into killing of diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) cells at 72 h with EC50s of 0.9 – 10 nM and highly specific ablation of the BCL6-regulated germinal center response in mice. The molecules exhibited 10,000-fold lower cytotoxicity in normal lymphocytes and are well tolerated in mice. Genomic and proteomic evidence corroborated a gain-of-function mechanism where, instead of global enzyme inhibition, a fraction of total kinase activity is borrowed and re-localized to BCL6-bound loci. The strategy demonstrates how kinase inhibitors can be used to context-specifically activate transcription, accessing new therapeutic space.

Abstract Conventional pharmacotherapy in oncology centers on target-centric silencing of aberrant protein function through small molecule inhibitors, degraders, or CRISPR/RNAi. In contrast, here we leverage induced proximity to develop pharmacology that activates dominant signaling pathways for a therapeutic effect. To develop this concept, we describe a new class of bivalent small molecules that reprogram cancer-driving gene expression to activate cell death signaling in diffuse large B cell lymphomas (DLBCL). These molecules, called Transcriptional Chemical Inducers of Proximity (TCIPs), operate at fractional occupancy of their protein targets, without genomic modifications to the cell or organism. The first TCIPs transiently re-localized elongation factors such as BRD4 (TCIP1, PMID 37495688) to loci regulated by the transcription factor BCL6, inducing the expression of pro-apoptotic genes regulated by BCL6. In new, unpublished work, CDK-TCIPs have been made to re-direct the activity of transcriptional elongation kinases such as CDK9, CDK12, or CDK13 to induce the expression of pro-apoptotic BCL6-target genes. Profiling in ∼900 barcoded cancer cell lines show that the molecules exhibit potent cell killing potency in a highly DLBCL lineage-restricted manner. Cytotoxicity to healthy lymphocytes is 100- to 10,000-fold lower, although germinal center B cells are ablated in a dose-dependent manner consistent with the role of BCL6 in the germinal center. Biochemical, cell biological, proteomic, and genomic studies demonstrate that CDK-TCIPs operate via a gain-of-function mechanism reliant on the ternary complex formed by the bivalent molecule. Instead of global enzyme inhibition or degradation, CDK-TCIPs borrow and re-localize a fraction of total CDK activity to BCL6-bound chromatin, producing pharmacology from the induction of pro-apoptotic gene transcription. The findings suggest a path to rational design of new gain-of-function chemotherapeutic strategies to rewire cell signaling using induced proximity. Citation Format: Sai Gourisankar, Roman Sarott, Basel Karim, Sabin Nettles, Haopeng Yang, Brendan Dwyer, Juste Simanauskaite, Jason Tse, Hind Abuzaid, Stephen M Hinshaw, Michael R Green, Gerald R Crabtree, Nathanael S Gray. Gain-of-function small molecules to reprogram oncogenic transcription in lymphoma [abstract]. In: Proceedings of the Fourth AACR International Meeting on Advances in Malignant Lymphoma: Maximizing the Basic-Translational Interface for Clinical Application; 2024 Jun 19-22; Philadelphia, PA. Philadelphia (PA): AACR; Blood Cancer Discov 2024;5(3_Suppl):Abstract nr PO-012.

ABSTRACT Genes encoding subunits of the SWI/SNF or BAF ATP-dependent chromatin remodeling complex are among the most enriched for deleterious de novo mutations in intellectual disabilities and autism spectrum disorder, but the causative molecular pathways are not fully known 1,2 . Synaptic activity in neurons is critical for learning and memory and proper neural development 3 . Neural activity prompts calcium influx and transcription within minutes, facilitated in the nucleus by various transcription factors (TFs) and chromatin modifiers 4 . While BAF is required for activity-dependent developmental processes such as dendritic outgrowth 5–7 , the immediate molecular consequences of neural activity on BAF complexes and their functions are unknown. Here we mapped minute-scale biochemical consequences of neural activity, modeled by membrane depolarization of embryonic mouse primary cortical neurons, on BAF complexes. We used acute chemical perturbations of BAF ATPase activity and kinase signaling to define the activity-dependent effects on BAF complexes and activity-dependent BAF functions. Our studies found that BAF complexes change in subunit composition and are selectively phosphorylated within 10 minutes of depolarization. Increased levels of the core PBAF subunit Baf200/ Arid2 , uniquely containing an RFX-like DNA-binding domain, are concurrent with ATPase-dependent opening of chromatin at RFX/X-box motifs. Changes in BAF composition and phosphorylation lead to the regulation of chromatin accessibility for critical neurogenesis TFs. These biochemical effects are a convergent phenomenon downstream of multiple growth factor signaling pathways in mouse neurons and fibroblasts suggesting that BAF integrates signaling information from the membrane. In support of such a membrane-to-nucleus signaling cascade, we also identified a BAF-interacting kinase, Dclk2, whose inhibition attenuates BAF phosphorylation selectively. Our findings support a direct role of BAF complexes in responding to synaptic activity to regulate TF binding and transcription.