Abstract Breast Cancer is the most common cancer among women globally. Despite significant improvements in overall survival, many tumours are refractory to therapy and so novel approaches are required to improve patient outcomes. We have evaluated patient-derived explants (PDEs) as a novel preclinical platform for breast cancer (BC) and implemented cutting-edge digital pathology and multi-immunofluorescent approaches for investigating biomarker changes in both tumour and stromal areas at endpoint. Short-term culture of intact fragments of BCs as PDEs retained an intact immune microenvironment, and tumour architecture was augmented by the inclusion of autologous serum in the culture media. Cell death/proliferation responses to FET chemotherapy in BC-PDEs correlated significantly with BC patient progression-free survival ( p = 0.012 and p = 0.0041, respectively) and cell death responses to the HER2 antibody therapy trastuzumab correlated significantly with HER2 status ( p = 0.018). These studies show that the PDE platform combined with digital pathology is a robust preclinical approach for informing clinical responses to chemotherapy and antibody-directed therapies in breast cancer. Furthermore, since BC-PDEs retain an intact tumour architecture over the short-term, they facilitate the preclinical testing of anti-cancer agents targeting the tumour microenvironment.

Malignant pleural mesothelioma (MPM) is an aggressive malignancy linked to asbestos exposure and highly resistant to chemotherapy, potentially due to upregulated expression of the pro-survival proteins, BCL2/BCL-XL/MCL-1. Using clinically-relevant models of MPM we show that patient-derived primary MPM cell lines and ex-vivo 3D tumour explants are highly resistant to apoptosis induced by the BCL2/BCL-XL inhibitor, ABT-737. Importantly, we discover that 2-deoxyglucose (2DG), a glycolytic inhibitor, can sensitize MPM cells to ABT-737 and show this correlates with loss of the pro-survival protein, MCL-1. siRNA knockdown of MCL-1 (MCL-1 KD) combined with ABT-737 induced BAX/BAK-dependent, but BIM/PUMA-independent apoptosis, mimicking 2DG/ABT-737 treatment. MCL-1 KD/ABT-737 induced mitochondrial cytochrome c release and caspase-independent inhibition of mitochondrial respiration. Moreover, we observed a hitherto unreported caspase-dependent cleavage of glycolytic enzymes and subsequent inhibition of glycolysis. 2DG inhibited ERK/STAT3 activity, decreased MCL-1 mRNA and protein levels, with concurrent activation of AKT, which limited loss of MCL-1 protein. However, co-treatment with a specific AKT inhibitor, AZD5363, and 2DG/ABT-737 potently induced cell death and inhibited clonogenic cell survival, while in MPM 3D tumour explants MCL-1 protein expression decreased significantly following 2DG or 2DG/AZD5363 treatment. Notably, a similar synergy was observed in MPM cell lines and MPM 3D tumour explants using ABT-737 in combination with the recently developed MCL-1 inhibitor, S63845. Importantly, our study provides a mechanistic explanation for the chemoresistance of MPM and highlights how this can be overcome by a combination of metabolic reprogramming and/or simultaneous targeting of MCL-1 and BCL-2/BCL-XL using BH3-mimetics.

Abstract Fas-associated death domain protein (FADD) plays a vital role in the extrinsic apoptotic pathway, where it forms an essential component of the death-inducing signaling complex (DISC). However, the precise early molecular events that facilitate recruitment of FADD to the DISC remain poorly defined. Using affinity purification and mass spectrometry we investigated the FADD interactome in untreated cells and following death receptor stimulation to identify novel FADD-interacting proteins. As expected, in death receptor-stimulated samples our analysis identified key components of the DISC such as Caspase-8. In addition, we identified novel binding partners including Transferrin Receptor 1 (TfR1) and Myosin Light Chain Kinase 2 (MYLK2) that are able to modulate FADD recruitment to the DISC and consequently downstream apoptotic signaling. TfR1 is pre-associated with FADD and recruited into the DISC; moreover, our data reveal that TfR1 is also pre-associated with the death receptors, TRAIL-R1 and TRAIL-R2, thereby functioning as a key regulator of DISC formation. In the case of MYLK2, specific binding of FADD to MYLK2 in non-apoptotic cells sequesters FADD from other DISC components ensuring aberrant apoptosis is not initiated. Furthermore, MYLK2 enzymatic activity is required to for it to translocate, in complex with FADD, to sites of DISC-mediated death receptor oligimerization. Taken together, our study highlights the important role that additional novel FADD binding partners play in the regulation of death receptor-mediated apoptotic cell death, in part by modulating FADD recruitment to the DISC.