The four receptors of the Notch family are widely expressed transmembrane proteins through which mammalian cells communicate to regulate cell fate and growth. Defects in Notch signalling are linked to many cancers, including acute lymphoblastic leukaemia. Using phage display technology, a multi-department team at Genentech has produced synthetic antibodies that act as potent and specific antagonists of Notch1 and Notch2. Anti-Notch1 shows antitumour activity in pre-clinical mouse models, inhibiting both cancer cell growth and angiogenesis, and is active against human cancer cells in culture. Inhibition of Notch1 and 2 together causes intestinal toxicity, whereas inhibition of each singly largely avoids this effect, a potential therapeutic advantage over 'pan-Notch' inhibitors. The four receptors of the Notch family are transmembrane proteins through which mammalian cells communicate to regulate cell fate and growth. Aberrant signalling through each receptor has been linked to disease, so the Notch pathway is a compelling drug target. But current drugs cannot distinguish between the different Notch proteins. Here, phage display technology has been used to generate highly specialized antibodies, enabling the functions of Notch1 and Notch2 to be discriminated in humans and mice. The four receptors of the Notch family are widely expressed transmembrane proteins that function as key conduits through which mammalian cells communicate to regulate cell fate and growth1,2. Ligand binding triggers a conformational change in the receptor negative regulatory region (NRR) that enables ADAM protease cleavage3,4 at a juxtamembrane site that otherwise lies buried within the quiescent NRR5,6. Subsequent intramembrane proteolysis catalysed by the γ-secretase complex liberates the intracellular domain (ICD) to initiate the downstream Notch transcriptional program. Aberrant signalling through each receptor has been linked to numerous diseases, particularly cancer7, making the Notch pathway a compelling target for new drugs. Although γ-secretase inhibitors (GSIs) have progressed into the clinic8, GSIs fail to distinguish individual Notch receptors, inhibit other signalling pathways9 and cause intestinal toxicity10, attributed to dual inhibition of Notch1 and 2 (ref. 11). To elucidate the discrete functions of Notch1 and Notch2 and develop clinically relevant inhibitors that reduce intestinal toxicity, we used phage display technology to generate highly specialized antibodies that specifically antagonize each receptor paralogue and yet cross-react with the human and mouse sequences, enabling the discrimination of Notch1 versus Notch2 function in human patients and rodent models. Our co-crystal structure shows that the inhibitory mechanism relies on stabilizing NRR quiescence. Selective blocking of Notch1 inhibits tumour growth in pre-clinical models through two mechanisms: inhibition of cancer cell growth and deregulation of angiogenesis. Whereas inhibition of Notch1 plus Notch2 causes severe intestinal toxicity, inhibition of either receptor alone reduces or avoids this effect, demonstrating a clear advantage over pan-Notch inhibitors. Our studies emphasize the value of paralogue-specific antagonists in dissecting the contributions of distinct Notch receptors to differentiation and disease and reveal the therapeutic promise in targeting Notch1 and Notch2 independently.

Priming of the organ-specific premetastatic sites is thought to be an important yet incompletely understood step during metastasis. In this study, we show that the metastatic tumors we examined overexpress granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF), which expands and mobilizes Ly6G+Ly6C+ granulocytes and facilitates their subsequent homing at distant organs even before the arrival of tumor cells. Moreover, G-CSF-mobilized Ly6G+Ly6C+ cells produce the Bv8 protein, which has been implicated in angiogenesis and mobilization of myeloid cells. Anti-G-CSF or anti-Bv8 antibodies significantly reduced lung metastasis. Transplantation of Bv8 null fetal liver cells into lethally irradiated hosts also reduced metastasis. We identified an unexpected role for Bv8: the ability to stimulate tumor cell migration through activation of one of the Bv8 receptors, prokineticin receptor (PKR)-1. Finally, we show that administration of recombinant G-CSF is sufficient to increase the numbers of Ly6G+Ly6C+ cells in organ-specific metastatic sites and results in enhanced metastatic ability of several tumors.

Phosphatidylinositol-3-OH kinase (PI(3)K) and the nutrient sensor mTOR are evolutionarily conserved regulators of cell metabolism. Here we show that PI(3)K and mTOR determined the repertoire of adhesion and chemokine receptors expressed by T lymphocytes. The key lymph node–homing receptors CD62L (L-selectin) and CCR7 were highly expressed on naive T lymphocytes but were downregulated after immune activation. CD62L downregulation occurred through ectodomain proteolysis and suppression of gene transcription. The p110δ subunit of PI(3)K controlled CD62L proteolysis through mitogen-activated protein kinases, whereas control of CD62L transcription by p110δ was mediated by mTOR through regulation of the transcription factor KLF2. PI(3)K-mTOR nutrient-sensing pathways also determined expression of the chemokine receptor CCR7 and regulated lymphocyte trafficking in vivo. Hence, lymphocytes use PI(3)K and mTOR to match metabolism and trafficking.

The Hippo pathway is among the most frequently altered key signaling pathways in cancer. TEAD1-4 are essential transcription factors and key downstream effectors in the Hippo pathway. Here we identified RNF146 as a ubiquitin ligase (E3) that can catalyze TEAD ubiquitination and negatively regulate their function in cells. We show that this ubiquitin of TEADs is governed by their PARylation state and validated the genetic interaction between RNF146 and the Hippo pathway in cancer cell lines and the model organism Drosophila melanogaster. Furthermore, we demonstrate that pharmacologically induced ubiquitination of TEADs by heterobifunctional chemical inducers of protein degradation (CIDE) molecules can promote potent pan-TEAD degradation. These TEAD-CIDEs can effectively suppress activation of TEAD target genes in a dose-dependent manner and exhibited significant anti-proliferative effects in Hippo-dependent tumor cells, thus phenocopy the effect of genetic ablation of TEAD protein. Collectively, this study demonstrates a post-translational mechanism of TEAD protein regulation and provides a proof-of-concept demonstration that pharmacological induced TEAD ubiquitination could be an effective therapeutic strategy to target Hippo-driven cancers.