ABSTRACT The identification of molecules that can bind covalently to KRAS G12C and lock it in an inactive GDP-bound conformation has opened the door to targeting KRAS G12C selectively. These agents have shown promise in preclinical tumor models and clinical trials. FDA has recently granted approval to sotorasib for KRAS G12C mutated non-small cell lung cancer (NSCLC). However, patients receiving these agents as monotherapy may not respond and generally develop drug resistance over time. This necessitates the development of multi-targeted approaches that can potentially sensitize tumors to KRAS inhibitors. We generated KRAS G12C inhibitor-resistant cell lines and observed that they exhibit sensitivity toward selinexor, a selective inhibitor of nuclear export protein exportin1 (XPO1), as a single agent. KRAS G12C inhibitor MRTX1257 in combination with selinexor suppressed the proliferation of KRAS G12C mutant cancer cell lines MiaPaCa-2 and NCI-H2122 in a synergistic manner. Moreover, combined treatment of selinexor with KRAS G12C inhibitors resulted in enhanced spheroid disintegration, reduction in the number and size of colonies formed by G12C mutant cancer cells. A combination of selinexor with KRAS G12C inhibitors potentiated the inhibition of KRAS expression in MiaPaCa-2 cells. NF-kB protein expression was also markedly reduced by selinexor and MRTX1257 combination. In an in vivo KRAS G12C cell-derived xenograft model, oral administration of a combination of selinexor and sotorasib was demonstrated to reduce tumor burden and enhance survival. In conclusion, we have shown that the nuclear transport protein XPO1 inhibitor can enhance the anticancer activity of KRAS G12C inhibitors in preclinical cancer models. Significance In this study, combining nuclear transport inhibitor selinexor with KRAS G12C inhibitors has resulted in potent antitumor effects in preclinical cancer models. This can be an effective combination therapy for cancer patients that do not respond or develop resistance to KRAS G12C inhibitor treatment.

Abstract The majority of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) patients experience disease progression while on treatment with gemcitabine and nab-Paclitaxel (GemPac) treatment indicating the need for more effective combinations for this recalcitrant disease. Earlier we showed that nuclear exporter protein exportin 1 (XPO1) is a valid therapeutic target in PDAC and the selective inhibitor of nuclear export (SINE) selinexor (Sel), synergistically enhances the efficacy of GemPac in pancreatic cancer cells, spheroids, patient derived tumors and had promising activity in a phase I study in patients with PDAC. Here we investigated the mechanisms of synergy by molecular profiling of Sel or Sel-GemPac treated PDAC cells, in vitro and by utilizing genetically modified LSL-Kras G12D/+; Trp53 fl/+; Pdx1-Cre (KPC) mouse model. In KPC model, Sel given with GemPac at a sub-MTD dose enhanced the survival compared to controls ( p < 0.05). Molecular analysis of residual KPC tumors showed re-organization of tumor stromal architecture, suppression of proliferation and nuclear retention of tumor suppressors. Single cell nuclear RNA sequencing (snRNAseq) revealed significant loss of cellular clusters in the Sel-GemPac treated mice including CD44 stem cell population. RNA-seq, Gene Ontology (GO) and Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) analysis showed inhibition of several tumor promoting molecules. Prioritized RNA-seq identified molecules were validated in in vitro or in the PDAC patient samples through siRNA mediated silencing, quantitative gene expression, cytotoxicity assays and confirmed their role in observed synergy. Sel or Sel-GemPac caused broad penetration in PDAC supporting signaling networks.

KRASG12C inhibitors have revolutionized the treatment landscape for cancer patients harboring the G12C mutant isoform of KRAS. With the recent FDA approval of sotorasib and adagrasib, patients now have access to more promising treatment options. However, patients who receive these agents as a monotherapy usually develop drug resistance. Thus, there is a need to develop logical combination strategies that can delay or prevent the onset of resistance and simultaneously enhance the antitumor effectiveness of the treatment regimen. In this study, we aimed at pharmacologically targeting PAK4 by KPT9274 in combination with KRASG12C inhibitors in KRASG12C mutant pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) and nonâ€"small cell lung cancer (NSCLC) preclinical models. PAK4 is a hub molecule that links several major signaling pathways and is known for its tumorigenic role in mutant Ras-driven cancers. We assessed the cytotoxicity of PAK4 and KRASG12C inhibitors combination in KRASG12C mutant 2D and 3D cellular models. KPT9274 synergized with both sotorasib and adagrasib in inhibiting the growth of KRASG12C mutant cancer cells. The combination was able to reduce the clonogenic potential of KRASG12C mutant PDAC cells. We also evaluated the antitumor activity of the combination in a KRASG12C mutant PDAC cell line-derived xenograft (CDX) model. Oral administration of a sub-optimal dose of KPT9274 in combination with sotorasib (at one-fourth of MTD) demonstrated significant inhibition of the tumor burden ( p = 0.002). Similarly, potent antitumor efficacy was observed in an NSCLC CDX model where KPT9274, acting as an adjuvant, prevented tumor relapse following the discontinuation of sotorasib treatment ( p = 0.0001). KPT9274 and sotorasib combination also resulted in enhanced survival. This is the first study showing that KRASG12C inhibitors can synergize with PAK4 inhibitor KPT9274 both in vitro and in vivo resulting in remarkably enhanced antitumor activity and survival outcomes.KRASG12C inhibitors demonstrate limited durable response in patients with KRASG12C mutations. In this study, combining PAK4 inhibitor KPT9274 with KRASG12C inhibitors has resulted in potent antitumor effects in preclinical cancer models of PDAC and NSCLC. Our results bring forward a novel combination therapy for cancer patients that do not respond or develop resistance to KRASG12C inhibitor treatment.