A series of compounds (including CCG-1423 and CCG-203971) discovered through an MRTF/SRF-dependent luciferase screen has shown remarkable efficacy in a variety of in vitro and in vivo models, including significant reduction of melanoma metastasis and bleomycin- induced fibrosis. Although these compounds are efficacious in these disease models, the molecular target is unknown. Here, we describe affinity isolation-based target identification efforts which yielded pirin, an iron-dependent cotranscription factor, as a target of this series of compounds. Using biophysical techniques including isothermal titration calorimetry and X-ray crystallography, we verify that pirin binds these compounds in vitro. We also show with genetic approaches that pirin modulates MRTF- dependent luciferase reporter activity. Finally, using both siRNA and a previously validated pirin inhibitor, we show a role for pirin in TGF-β- induced gene expression in primary dermal fibroblasts. A recently developed analog, CCG-257081, which co crystallizes with pirin, is also effective in the prevention of bleomycin-induced dermal fibrosis.

Abstract Reducing disparities is critical to promote equity of access to precision treatments for all patients with cancer. While socioenvironmental factors are a major driver behind such disparities, biological differences also are likely to contribute. The prioritization of cancer drug targets is foundational for drug discovery, yet whether ancestry-related signals in target discovery pipelines exist has not been systematically explored due to the absence of data at the appropriate scale. Here, we analyzed data from 611 genome-scale CRISPR/Cas9 viability experiments in human cell line models as part of the Cancer Dependency Map to identify ancestry-associated genetic dependencies. Surprisingly, we found that most putative associations between ancestry and dependency arose from artifacts related to germline variants that are present at different frequencies across ancestry groups. In 2-5% of genes profiled in each cellular model, germline variants in sgRNA targeting sequences likely reduced cutting by the CRISPR/Cas9 nuclease. Unfortunately, this bias disproportionately affected cell models derived from individuals of recent African descent because their genomes tended to diverge more from the consensus genome typically used for CRISPR/Cas9 guide design. To help the scientific community begin to resolve this source of bias, we report three complementary methods for ancestry-agnostic CRISPR experiments. This report adds to a growing body of literature describing ways in which ancestry bias impacts cancer research in underappreciated ways.

Abstract A series of compounds (including CCG-1423 and CCG-203971) discovered through an MRTF/SRF dependent luciferase screen has shown remarkable efficacy in a variety of in vitro and in vivo models, including melanoma metastasis and bleomycin-induced fibrosis. Although these compounds are efficacious, the molecular target is unknown. Here, we describe affinity isolation-based target identification efforts which yielded pirin, an iron-dependent co-transcription factor, as a target of this series of compounds. Using biophysical techniques including isothermal titration calorimetry and X-ray crystallography, we verify that pirin binds these compounds in vitro . We also show with genetic approaches that pirin modulates MRTF-dependent SRE.L Luciferase activation. Finally, using both siRNA and a previously validated pirin inhibitor, we show a role for pirin in TGF-p induced gene expression in primary dermal fibroblasts. A recently developed analog, CCG-257081, which co-crystallizes with pirin, is also effective in the prevention of bleomycin-induced dermal fibrosis.

Abstract Reducing disparities is vital for equitable access to precision treatments in cancer. Socioenvironmental factors are a major driver of disparities, but differences in genetic variation likely also contribute. The impact of genetic ancestry on prioritization of cancer targets in drug discovery pipelines has not been systematically explored due to the absence of pre-clinical data at the appropriate scale. Here, we analyze data from 611 genome-scale CRISPR/Cas9 viability experiments in human cell line models to identify ancestry-associated genetic dependencies essential for cell survival. Surprisingly, we find that most putative associations between ancestry and dependency arise from artifacts related to germline variants. Our analysis suggests that for 1.2-2.5% of guides, germline variants in sgRNA targeting sequences reduce cutting by the CRISPR/Cas9 nuclease, disproportionately affecting cell models derived from individuals of recent African descent. We propose three approaches to mitigate this experimental bias, enabling the scientific community to address these disparities.

Abstract Metastatic cutaneous melanoma is a fatal skin cancer. Resistance to targeted and immune therapies limits the benefits of current treatments. Identifying and adding anti-resistance agents to current treatment protocols can potentially improve clinical responses. Myocardin-related transcription factor (MRTF) is a transcriptional coactivator whose activity is indirectly regulated by actin and the Rho family of GTPases. We previously demonstrated that development of BRAF inhibitor (BRAFi) resistance frequently activates the Rho/MRTF pathway in human and mouse BRAF V600E melanomas. In clinical trials, pre-treatment with BRAFi reduces the benefit of immune therapies. We aimed to test the efficacy of concurrent treatment with our MRTF pathway inhibitor CCG-257081 and anti-PD1 in vivo and to examine its effects on the melanoma immune microenvironment. Because MRTF pathway activation upregulates the expression of immune checkpoint inhibitor genes/proteins, we asked whether CCG-257081 can improve the response to immune checkpoint blockade. CCG-257081 reduced the expression of PDL1 in BRAFi-resistant melanoma cells and decreased surface PDL1 levels on both BRAFi- sensitive and -resistant melanoma cells. Using our recently described murine vemurafenib-resistant melanoma model, we found that CCG-257081, in combination with anti-PD1 immune therapy, reduced tumor growth and increased survival. Moreover, anti-PD1/CCG-257081 co-treatment increased infiltration of CD8 + T cells and B cells into the tumor microenvironment and reduced tumor-associated macrophages. Here, we propose CCG-257081 as an anti-resistance and immune therapy-enhancing anti-melanoma agent. Novelty and Impact We present a study that provides evidence for a new combined approach for targeting BRAF inhibitor-resistant melanoma. Pharmacological inhibition of the resistance-inducing Rho/MRTF pathway using CCG-257081 enhanced the response to PD1/PDL-1 blockade in vivo . These results indicate a role of the Rho/MRTF pathway in regulating tumor-immune interactions. Thus, CCG-257081 emerges as a potential new anti-resistance agent that can improve the response to immune checkpoint inhibitors in advanced melanoma and, possibly, other cancers.

Abstract Since the KIAA1549::BRAF fusion was discovered as the most common driver of pediatric low-grade glioma (pLGG), it has been hypothesized that the fusion induces oncogenicity through BRAF activation as a result of KIAA1549 replacing the BRAF negative regulatory N-terminus. This led to the rapid translation of MAPK pathway inhibitors into the clinical setting. Despite most tumors exhibiting promising initial responses, some tumors are not sensitive and about half of responsive tumors grow back after treatment cessation. Therefore, strategies that result in sustained tumor responses are desperately needed. We have recently performed genome-scale CRISPR/Cas9 screens across isogenic neural stem cell models transduced to express pLGG-associated oncogenes (KIAA1549::BRAF, BRAFV600E, and multiple FGFR1 and MYB family alterations) to generate a dependency map of genetic vulnerabilities associated with expression of these oncogenes. We also included normal neural stem cells to allow identification of genetic dependencies specifically induced by the expression of each oncogene. Surprisingly, through these efforts, we have discovered KIAA1549::BRAF expressing cells to harbor striking and specific dependency on multiple members of an enzymatic complex that exerts its activity outside of the MAPK signaling axis*. Interestingly, this enzymatic complex has been described to modify only a few substrates, including KIAA1549, suggesting specificity. We have now validated this dependency across other isogenic models of KIAA1549::BRAF-expressing cells. Finally, our KIAA1549::BRAF-expressing models exhibit preferential sensitivity to a tool compound that targets our novel enzyme, suggesting novel therapeutic potential for KIAA1549::BRAF. These findings highlight a MAPK pathway-independent avenue for therapeutically targeting the most frequent genomic alterations in pediatric brain tumors. Consequently, we also propose that the fusion partner KIAA1549 is instrumental for the aberrant BRAF signaling driving pLGGs. (* we are currently in the process of working with our IP offices to ensure that we can disclose the names of the genes and proteins at the ISPNO meeting)

Abstract t was originally hypothesized that loss of BRAF N-terminal negative regulatory domains, which are deleted in the KIAA1549:BRAF rearrangement, results in constitutive activation of the BRAF kinase. This model suggests that BRAF fusion partners are dispensable for BRAF oncogenic signaling. Paradoxically, our data suggest expression of truncated BRAF is insufficient for transformation and identify specific domains in KIAA1549 that are necessary for transformation. These domains are critical for regulating subcellular localization of the fusion protein and highlight an aberrant pattern of cellular localization that is not observed with wildtype BRAF. Altered subcellular localization results in proteolytic cleavage of KIAA1549:BRAF, and we identify the protease responsible for this cleavage event. This protease is therapeutically tractable and clinically relevant inhibitors have been developed, presenting a MAPK-independent mechanism to target the fusion. We also highlight an unexpected role for rare fusion partners, including FAM131B, in BRAF activation. In total, these data suggest that BRAF fusion partners are not indispensable for transformation as was previously thought, presenting unexplored opportunities to therapeutically target pLGG tumors with BRAF rearrangements. We are currently working on the IP measures required to disclose the specific enzyme(s) at ISPNO.

The Ras/MEK/ERK pathway has been the primary focus of targeted therapies in melanoma; it is aberrantly activated in almost 80% of human cutaneous melanomas (~50% BRAFV600 mutations and ~30% NRAS mutations). While targeted therapies have yielded success in BRAFV600 mutant melanoma patients, such therapies have been ineffective in NRAS mutant melanomas in part due to their cytostatic effects and primary resistance in this patient population. Here, we demonstrate that increased Rho/MRTF-pathway activation correlates with high intrinsic resistance to the MEK inhibitor, trametinib, in a panel of NRAS mutant melanoma cell lines. Combination of trametinib with the Rho/MRTF-pathway inhibitor, CCG-222740, synergistically reduced cell viability in NRAS mutant melanoma cell lines in vitro. Furthermore, the combination of CCG-222740 with trametinib induced apoptosis and reduced clonogenicity in SK-Mel-147 cells which have a high level of trametinib resistance. These findings suggest a role of the Rho/MRTF-pathway in intrinsic trametinib resistance in a subset of NRAS mutant melanoma cell lines and highlights the potential of concurrently targeting the Rho/MRTF-pathway and MEK in NRAS mutant melanomas.

Abstract Single agent and combination therapy with BRAF V600E/K and MEK inhibitors have remarkable efficacy against melanoma tumors with activating BRAF mutations, but in most cases resistance eventually develops. The purpose of this study is to uncover pharmacological vulnerabilities of BRAFi-resistant melanoma cells, with the goal of identifying new therapeutic options for patients whose tumors have developed resistance to BRAFi/MEKi therapy. We screened a well-annotated compound library against a panel of isogenic pairs of parental and BRAFi-resistant melanoma cell lines to identify classes of compounds that selectively target BRAFi-resistant cells over their BRAFi-sensitive counterparts. Two distinct patterns of increased sensitivity to classes of pharmacological inhibitors emerged. In two cell line pairs, BRAFi resistance conferred increased sensitivity to compounds that share the property of cell cycle arrest at M-phase, including inhibitors of aurora kinase (AURK), polo-like kinase (PLK), tubulin, and kinesin. Live cell microscopy used to track mitosis in real time revealed that parental, but not BRAFi-resistant, melanoma cells were able to exit from compound-induced mitotic arrest through mitotic slippage, thus escaping death. Consistent with the key role of Cyclin B1 levels in regulating mitosis at the spindle checkpoint, in arrested cells we found higher Cyclin B1 levels in parental over BRAFi-resistant melanoma cells, suggesting that altered Cyclin B1 expression levels may explain why these BRAFi resistant cells have gained increased vulnerability to mitotic inhibitors. Another BRAFi-resistant cell line showed increased sensitivity to Chk1/2 inhibitors, possibly due to an accumulation of DNA damage, resulting in mitotic failure. This study shows that BRAFi-resistance in melanoma cells confers vulnerability to pharmacological disruption of mitosis and suggests a targeted synthetic lethal approach to treat BRAF-mutant melanomas that have become resistant to BRAF/MEK-directed therapies.

Over half of cutaneous melanoma tumors have BRAFV600E/K mutations. Acquired resistance to BRAF inhibitors (BRAFi) remains a major hurdle in attaining durable therapeutic responses. In this study we demonstrate that approximately 50-60% of melanoma cell lines with vemurafenib resistance acquired in vitro show activation of RhoA family GTPases. In BRAFi-resistant melanoma cell lines and tumors, activation of RhoA is correlated with decreased expression of melanocyte lineage genes. Using a machine learning approach, we built gene expression-based models to predict drug sensitivity for 265 common anti-cancer compounds. We then projected these signatures onto the collection of TCGA cutaneous melanoma and found that poorly differentiated tumors were predicted to have increased sensitivity to multiple Rho kinase (ROCK) inhibitors. Two transcriptional effectors downstream of Rho, MRTF and YAP1, are activated in the RhoHigh BRAFi-resistant cell lines, and resistant cells are more sensitive to inhibition of these transcriptional mechanisms. Taken together, these results support the concept of targeting Rho-regulated gene transcription pathways as a promising therapy approach to restore sensitivity to BRAFi-resistant tumors or as a combination therapy to prevent the onset of drug resistance.