ABSTRACT Acute myeloid leukemias (AML) are comprised of multiple cell types with distinct capabilities to propagate the disease and resist therapy. Approximately 20% of AML patients carry gain- of-function mutations in IDH1 or IDH2 that result in over-production of the onco-metabolite 2-HG. Although IDH inhibitors can induce complete morphological remission, almost all patients eventually relapse. Analysis of clinical samples suggests that a population of IDH mutant cells is able to persist during treatment eventually acquiring 2-HG independence and drug resistance. Herein we characterized the molecular and cellular responses to the clinical IDH1 inhibitor AG-120 at high resolution using a novel multi-allelic mouse model of IDH1 mutant AML. We demonstrate that AG-120 exerts cell type-dependent effects on leukemic cells promoting delayed disease regression. Although IDH1 inhibition alone was not able to fully eradicate the disease, we uncovered that it increases cycling of rare leukemic stem cells and triggers transcriptional upregulation of the pyrimidine salvage pathway. Accordingly, AG-120 sensitized IDH1 mutant AML to azacitidine with the combination of AG-120 and azacitidine showing vastly improved efficacy in vivo. Our data highlight the impact of non- genetic heterogeneity on treatment response and provide mechanistic rationale for a drug combination that is being tested in clinical trials. STATEMENT OF SIGNIFICANCE Inhibition of mutant IDH1 in AML is insufficient to eliminate the disease but promotes proliferation of quiescent leukemic stem cells. Our data provide a mechanistic explanation for the observed synergy between IDH inhibitors and azacitidine and suggest that IDH inhibitors may also synergize with other drugs that preferentially target actively dividing cells.

Abstract Caspase-2, one of the most evolutionarily conserved member of the caspase family, is an important regulator of the cellular response to oxidative stress. Given that ferroptosis is suppressed by antioxidant defense pathways, such as that involving selenoenzyme glutathione peroxidase 4 (GPX4), we hypothesised that caspase-2 may play a role in regulating ferroptosis. This study provides the first demonstration of an important and unprecedented function of caspase-2 in protecting cancer cells from undergoing ferroptotic cell death. Specifically, we show that depletion of caspase-2 leads to downregulation of stress response genes including SESN2, HMOX1, SLC7A11 and sensitises mutant-p53 cancer cells to cell death induced by various ferroptosis inducing compounds. Importantly, the canonical catalytic activity of caspase-2 is not required for its role and suggests that caspase-2 regulates ferroptosis via non-proteolytic interaction with other proteins. Using an unbiased BioID proteomics screen, we identified novel caspase-2 interacting proteins (including heat shock proteins and co-chaperones) that regulate cellular responses to stress. Finally, we demonstrate that caspase-2 limits chaperone mediated autophagic degradation of GPX4 to promote survival of mutant-p53 cancer cells. In conclusion, we document a novel role for caspase-2 as a negative regulator of ferroptosis in cells with mutant-p53. Our results provide evidence for a novel function of caspase-2 functions in cell death regulation and open potential new avenues to exploit ferroptosis in cancer therapy.

ABSTRACT The Hippo tumour suppressor pathway controls transcription by regulating nuclear abundance of YAP and TAZ, which activate transcription with the TEAD1-TEAD4 DNA-binding proteins. Recently, several small-molecule inhibitors of YAP and TEADs have been reported, with some now entering clinical trials for different cancers. Here, we investigated the cellular response to TEAD palmitoylation inhibitors, using a combination of genomic and genetic strategies. Genome-wide CRISPR/Cas9 screens identified genes that modulate the cellular response to TEAD inhibition, including members of the Hippo, MAPK and JAK-STAT signaling pathways. By exploring gene expression programs of mutant cells, we found that MAPK pathway hyperactivation confers resistance to TEAD inhibition by reinstating expression of a subset of YAP/TEAD target genes. Consistent with this, combined inhibition of TEAD and the MAPK protein MEK, synergistically blocked proliferation of several mesothelioma and lung cancer cell lines and more potently reduced the growth of patient-derived lung cancers in vivo. Collectively, we reveal mechanisms by which cells can overcome small-molecule inhibition of TEADs and potential strategies to enhance the anti-tumor activity of emerging Hippo pathway targeted therapies.

Abstract This abstract is being presented as a short talk in the scientific program. A full abstract is printed in the Proffered Abstracts section (PR007) of the Conference Program/Proceedings. Citation Format: Julia V Milne, Ebtihal Mustafa, Kenji Fujihara, Eric Kusnadi, Anna Trigos, Niko Thio, Maree Pechlivanis, Carlos Cabalag, Twishi Gulati, Kaylene Simpson, Cuong Duong, Luc Furic, Wayne Phillips, Nicholas Clemons. Delineating functional drivers of esophageal adenocarcinoma to identify synthetic lethal interactions [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: Expanding and Translating Cancer Synthetic Vulnerabilities; 2024 Jun 10-13; Montreal, Quebec, Canada. Philadelphia (PA): AACR; Mol Cancer Ther 2024;23(6 Suppl):Abstract nr A006.

Abstract Application of molecular targeted therapies for esophageal adenocarcinoma (EAC) has been limited by a lack of druggable oncogenic drivers. We propose that synthetic lethal interactions may provide new opportunities for targeted therapies in EAC. We have taken an integrated multi-omics approach incorporating Perturb-Seq (CRISPR editing combined with single cell RNA sequencing) and in vivo tumorigenesis assays to perform high-throughput characterisation of >70 high-confidence EAC driver genes, and genome-wide CRISPR-Cas9 knockout screens in isogenic models of EAC tumorigenesis to identify disease relevant synthetic lethal genetic interactions. MS-based proteomics, reverse phase protein arrays, polysome profiling and bulk RNA-sequencing of isogenic models were utilised to interrogate the biology of bona fide EAC drivers and associated driver specific gene dependencies. The overall goals were to (i) enhance our understanding of EAC tumorigenesis, (ii) identify potential opportunities for therapeutic interventions targeting EAC drivers via synthetic lethal-like approaches, and (iii) reduce the complexity of genetic heterogeneity by categorising EAC drivers with similar phenotypic outcomes. Through our approach we have identified complex crosstalk between the tumor suppressor SMAD4 and regulation of mTOR signaling, with specific downstream effects on translational reprogramming in EAC. Mutation or loss of SMAD4 occurs in up to 20% of EAC, but not pre-malignant tissue (Barrett’s esophagus), and is sufficient to promote transformation of pre-malignant cells in our in vivo tumorigenesis model. In this model, xenotransplanted SMAD4-deficient (via CRISPR-Cas9 knockout or shRNA knockdown) Barrett’s metaplasia cells formed invasive, metastatic tumors after a period of latency. SMAD4 deficient cells had downregulated expression of 4E-BP1, which inhibits EIF4E, the cap-dependent translation initiation factor. This was accompanied by increased mTOR activity, including phosphorylation and inactivation of 4EBP1. Moreover, we found that SMAD4-deficient cells preferentially upregulate cap-dependent translation at the expense of IRES mediated translation. Furthermore, perturbation of additional negative regulators of mTOR signaling in combination with SMAD4 knockout exacerbated these effects and accelerated tumorigenesis in vivo. We have extended these findings to a model of Barrett’s esophagus patient-derived organoids (PDOs) and observed increased proliferative potential of our genetically modified PDOs. Finally, analysing gene ontologies for differentially expressed genes from Perturb-seq revealed that driver-dependent transcriptional changes can be categorized into a smaller number of functional pathways allowing us to potentially consider groups of drivers as functional units. This work advances our understanding of EAC tumorigenesis, provides new mechanistic insights into SMAD4-driven transformation as well as novel potential therapeutic avenues for SMAD4-deficient EAC. Citation Format: Julia V. Milne, Ebtihal Mustafa, Kenji Fujihara, Eric Kusnadi, Anna Trigos, Niko Thio, Maree Pechlivanis, Carlos Cabalag, Twishi Gulati, Kaylene Simpson, Cuong Duong, Luc Furic, Wayne Phillips, Nicholas Clemons. Delineating functional drivers of esophageal adenocarcinoma to identify synthetic lethal interactions [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: Expanding and Translating Cancer Synthetic Vulnerabilities; 2024 Jun 10-13; Montreal, Quebec, Canada. Philadelphia (PA): AACR; Mol Cancer Ther 2024;23(6 Suppl):Abstract nr PR007.

Abstract Mucinous ovarian carcinoma (MOC) is a subtype of ovarian cancer that is distinct from all other ovarian cancer subtypes and currently has no targeted therapies. To identify novel therapeutic targets, we developed and applied a new method of differential network analysis comparing MOC to benign mucinous tumours (in the absence of a known normal tissue of origin). This method mapped the protein-protein network in MOC and then utilised structural bioinformatics to prioritise the proteins identified as upregulated in the MOC network for their likelihood of being successfully drugged. Using this protein-protein interaction modelling, we identified the strongest 5 candidates, CDK1, CDC20, PRC1, CCNA2 and TRIP13, as structurally tractable to therapeutic targeting by small molecules. siRNA knockdown of these candidates performed in MOC and control normal fibroblast cell lines identified CDK1, CCNA2, PRC1 and CDC20, as potential drug targets in MOC. Three targets (TRIP13, CDC20, CDK1) were validated using known small molecule inhibitors. Our findings demonstrate the utility of our pipeline for identifying new targets and highlight potential new therapeutic options for MOC patients.