Summary

 Cannabis elicits its mood-enhancing and analgesic effects through the cannabinoid receptor 1 (CB1), a G protein-coupled receptor (GPCR) that signals primarily through the adenylyl cyclase-inhibiting heterotrimeric G protein G_i. Activation of CB1-G_i signaling pathways holds potential for treating a number of neurological disorders and is thus crucial to understand the mechanism of G_i activation by CB1. Here, we present the structure of the CB1-G_i signaling complex bound to the highly potent agonist MDMB-Fubinaca (FUB), a recently emerged illicit synthetic cannabinoid infused in street drugs that have been associated with numerous overdoses and fatalities. The structure illustrates how FUB stabilizes the receptor in an active state to facilitate nucleotide exchange in G_i. The results compose the structural framework to explain CB1 activation by different classes of ligands and provide insights into the G protein coupling and selectivity mechanisms adopted by the receptor.

Guanylate-binding protein 1 (GBP1) is a large GTPase of the dynamin superfamily involved in the regulation of membrane, cytoskeleton, and cell cycle progression dynamics. In many cell types, such as endothelial cells and monocytes, GBP1 expression is strongly provoked by interferon  (IFN) and acts to restrain cellular proliferation in inflammatory contexts. In immunity, GBP1 activity is crucial for the maturation of autophagosomes infected by intracellular pathogens and the cellular response to pathogen-associated molecular patterns. In chronic inflammation, GBP1 activity inhibits endothelial cell proliferation even as it protects from IFN-induced apoptosis. A similar inhibition of proliferation has also been found in some tumor models, such as colorectal or prostate carcinoma mouse models. However, this activity appears to be context-dependent, as in other cancers, such as oral squamous cell carcinoma and ovarian cancer, GBP1 activity appears to anchor a complex, taxane chemotherapy resistance profile where its expression levels correlate with worsened prognosis in patients. This discrepancy in GBP1 function may be resolved by GBP1’s involvement in the induction of a cellular senescence phenotype, wherein anti-proliferative signals coincide with potent resistance to apoptosis and set the stage for dysregulated proliferative mechanisms present in growing cancers to hijack GBP1 as a pro- chemotherapy treatment resistance (TXR) and pro-survival factor even in the face of continued cytotoxic treatment. While the structure of GBP1 has been extensively characterized, its roles in inflammation, TXR, senescence, and other biological functions remain under-investigated, although initial findings suggest that GBP1 is a compelling target for therapeutic intervention in a variety of conditions ranging from chronic inflammatory disorders to cancer.

Y box binding protein 1 (YB-1) is a multifunctional protein associated with tumor progression and the emergence of treatment resistance (TR). Here, we report an azopodophyllotoxin small molecule, SU056, that potently inhibits tumor growth and progression via YB-1 inhibition. This YB-1 inhibitor inhibits cell proliferation, resistance to apoptosis in ovarian cancer (OC) cells, and arrests in the G1 phase. Inhibitor treatment leads to enrichment of proteins associated with apoptosis and RNA degradation pathways while downregulating spliceosome pathway. In vivo, SU056 independently restrains OC progression and exerts a synergistic effect with paclitaxel to further reduce disease progression with no observable liver toxicity. Moreover, in vitro mechanistic studies showed delayed disease progression via inhibition of drug efflux and multidrug resistance 1, and significantly lower neurotoxicity as compared with etoposide. These data suggest that YB-1 inhibition may be an effective strategy to reduce OC progression, antagonize TR, and decrease patient mortality.

Triple-negative breast cancer (TNBC) is a poor prognosis disease with no clinically approved targeted therapies. Here, using in vitro and in vivo RNA interference (RNAi) screens in TNBC patient-derived xenografts (PDX), we identify cyclin dependent kinase 19 (CDK19) as a potential therapeutic target. Using in vitro and in vivo TNBC PDX models, we validated the inhibitory effect of CDK19 knockdown on tumor initiation, proliferation and metastases. Despite this, CDK19 knockdown did not affect the growth of non-transformed mammary epithelial cells. Using CD10 and EpCAM as novel tumor initiating cell (TIC) markers, we found the EpCAM(med/high)/(CD10-/low) TIC sub-population to be enriched in CDK19 and a putative cellular target of CDK19 inhibition. Comparative gene expression analysis of CDK19 and CDK8 knockdowns revealed that CDK19 regulates a number of cancer-relevant pathways, uniquely through its own action and others in common with CDK8. Furthermore, although it is known that CDK19 can act at enhancers, our CHIP-Seq studies showed that CDK19 can also epigenetically modulate specific H3K27Ac enhancer signals which correlate with gene expression changes. Finally, to assess the potential therapeutic utility of CDK19, we showed that both CDK19 knockdown and chemical inhibition of CDK19 kinase activity impaired the growth of pre-established PDX tumors in vivo. Current strategies inhibiting transcriptional co-factors and targeting TICs have been limited by toxicity to normal cells. Because of CDK19s limited tissue distribution and the viability of CDK19 knockout mice, CDK19 represents a promising therapeutic target for TNBC.

In squamous cell carcinoma (SCC), macrophages responding to interleukin (IL)-33 create a TGF-β-rich stromal niche that maintains cancer stem cells (CSCs), which evade chemotherapy-induced apoptosis in part via activation of the NRF2 antioxidant program. Here, we examined how IL-33 derived from CSCs facilitates the development of an immunosuppressive microenvironment. CSCs with high NRF2 activity redistributed nuclear IL-33 to the cytoplasm and released IL-33 as cargo of large oncosomes (LOs). Mechanistically, NRF2 increased the expression of the lipid scramblase ATG9B, which exposed an "eat me" signal on the LO surface, leading to annexin A1 (ANXA1) loading. These LOs promoted the differentiation of AXNA1 receptor

Tumor-associated macrophages (TAMs) and other myelomonocytic cells are implicated in regulating responsiveness to immunotherapies, including immune checkpoint inhibitors (ICIs) targeting the PD-1/PD-L1 axis. We have developed an ex vivo high-throughput approach to discover modulators of macrophage-mediated T cell suppression, which can improve clinical outcomes of ICIs. We screened 1,430 Food and Drug Administration (FDA)-approved small-molecule drugs using a co-culture assay employing bone-marrow-derived macrophages (BMDMs) and splenic-derived T cells. This identified 57 compounds that disrupted macrophage-mediated T cell suppression. Seven compounds exerted prominent synergistic T cell expansion activity when combined with αPD-L1. These include four COX1/2 inhibitors and two myeloid cell signaling inhibitors. We demonstrate that the use of cyclooxygenase (COX)1/2 inhibitors in combination with αPD-L1 decreases tumor growth kinetics and enhances overall survival in triple-negative breast cancer (TNBC) tumor models in a CD8

Abstract Head and neck cancer squamous cell carcinoma (HNSCC) cells exhibit both structural and functional diversity, making them valuable models for understanding tumor heterogeneity at clinical levels. In this study, we generated single-cell-derived spheroids (SCDS) from HNSCC cell lines and patient tumor cells using scaffold- and non-scaffold-based methods to assess this variability. A distinct structural variability among these SCDS, categorized as hypo- and hyperproliferative spheroids based on size, was observed. Hyperproliferative spheroids demonstrated heightened proliferative and tumorigenic potential and increased sensitivity to cisplatin and radiation, while hypoproliferative spheroids exhibited enhanced migratory capabilities. Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) of hypo- and hyperproliferative spheroids provided insights into the transcriptional landscape of HNSCC cells, validating the observed structural and functional heterogeneities within primary tumors. These functionally and genetically characterized spheroids offer valuable tools for the development of next-generation therapeutics. Statement of Significance Establishment and characterization of single-cell-derived spheroids from head and neck cancer cells, employing scaffold and non-scaffold materials, demonstrate functional and genetic heterogeneity. Single-cell analysis reveals correlations between genetic diversity and spheroid functionality. These characterized spheroids offer potential for advancing therapeutics development.

Abstract Hyaluronan (HA) is an extracellular matrix glycosaminoglycan, with important roles in chronic inflammation, cancer and autoimmunity. 4-methylumbelliferone (4-MU), a small molecule inhibitor of HA synthases, is widely used to study HAs interactions with the surrounding tissues and the immune cells. There is substantial experimental and therapeutic interest in using oral 4-MU to inhibit HA synthesis, but pharmacokinetic and pharmacodynamic data on treatment routes have been lacking. Moreover, it recently became clear that the main metabolite of 4-MU, 4-methlyumbelliferyl glucuronide (4-MUG), is bioactive. We therefore sought to define the pharmacokinetics and pharmacodynamics of 4-MU and its active metabolite 4-MUG in mice. Single dose mouse studies showed that 4-MU administered intravenously (i.v.) resulted in 100-fold higher 4-MU exposure compared to oral (p.o.) administration. The 4-MU ratio AUC i.v./AUC p.o. was 96/1. 4-MUG exposures were much higher than 4-MU exposures after both 4-MU i.v. and p.o. administration, but only small differences in 4-MUG exposure were seen after 4-MU i.v. versus p.o. administration. The 4-MUG metabolite was also administered as a single dose both i.v. and p.o. and showed a 25.9% bioavailability. Compared to 4-MUG p.o. dosing, 1.14 higher 4-MUG exposures were seen after 4-MU p.o. dosing. 4-MU exposure after 4-MUG p.o. administration was minimal but similar to 4-MU exposure after 4-MU p.o. administration. In mice treated for several weeks with 4-MU in chow, the 4-MU concentration immediately drops after treatment was stopped, whereas the 4-MUG concentration showed a peak 1 hour after treatment stop. In a build-up study, 4-MU and 4-MUG treatment in mice lead to a plateau of 4-MU concentration starting at 4 days post treatment start. These 4-MU and 4-MUG concentration findings in vivo will inform future clinical studies and experimental work with 4-MU.

Abstract Enhancing the immune microenvironment in cancer by targeting the nucleic acid sensors is becoming a potent therapeutic strategy. Among the nucleic acid sensors, activation of the RNA sensor Retinoic Acid-inducible Gene (RIG-I) using small hairpin RNAs has been shown to elicit powerful innate and adaptive immune responses. Given the challenges inherent in pharmacokinetics and delivery of RNA based agonists, we set out to discover small molecule agonists of RIG-I using a cell-based assay. To this end, we established and validated a robust high throughput screening assay based on a commercially available HEK293 reporter cell line with a luciferase reporter downstream of tandem interferon stimulated gene 54 (ISG54) promoter elements. We first confirmed that the luminescence in this cell line is dependent on RIG-I and the interferon receptor using a hairpin RNA RIG-I agonist. We established a 96-well and a 384-well format HTS based on this cell line and performed a proof-of-concept screen using an FDA approved drug library of 1200 compounds. Surprisingly, we found two HDAC inhibitors Entinostat, Mocetinostat and the PLK1 inhibitor Volasertib significantly enhanced ISG-luciferase activity. This luminescence was substantially diminished in the null reporter cell line indicating the increase in signaling was dependent on RIG-I expression. Combination treatment of tumor cell lines with Entinostat increased RIG-I induced cell death in a mammary carcinoma cell line that is resistant to either Entinostat or RIG-I agonist alone. Taken together, our data indicates an unexpected role for HDAC1,-3 inhibitors in enhancing RIG-I signaling and highlight potential opportunities for therapeutic combinations.