PURPOSE Molecular oncology determines biomarker-defined niche indications. Basket trials pool histologic indications sharing molecular pathophysiology, potentially improving development efficiency. Currently basket trials have been confirmatory only for exceptional therapies. Our previous randomized basket design may be generally suitable in the resource-intensive confirmatory phase, maintains high power, and provides nearly k -fold increased efficiency for k indications, but controls false positives for the pooled result only. Since false positive control by indications (FWER) may sometimes be required, we now simulate a variant of this basket design controlling FWER at 0.025 k , the total FWER of k separate randomized trials. METHODS The previous design eliminated indications at an interim analysis, conducting a final pooled analysis of remaining indications. To control FWER, we rechecked individual indications at a prospectively defined level of statistical significance after any positive pooled result. We simulated this modified design under numerous scenarios varying design parameters. Only designs controlling FWER and minimizing estimation bias were allowable. RESULTS Sequential analyses (interim, pooled, and post-individual tests)) result in cumulative power losses. Optimal performance results when k = 3,4. We report efficiency (expected # true positives/expected sample size) relative to k parallel studies, at 90% power (“uncorrected”) or at the power achieved in the basket trial (“corrected”, because conventional designs could also increase efficiency by sacrificing power). Efficiency and power (percentage active indications identified) improve with higher percentage of initial indications active. Up to 92% uncorrected and 38% corrected efficiency improvement is possible, with power ≈ 60%. CONCLUSIONS Even under FWER control, randomized confirmatory basket trials substantially improve development efficiency. Initial indication selection is critical. The design is particularly attractive when enrollment challenges preclude full powering of individual indications.

ABSTRACT NADPH oxidase 4 (NOX4) regulates endothelial inflammation by producing reactive oxygen species. Since coenzyme Q (CoQ) mimics affect NOX4 activity, we hypothesize that cytochrome b5 reductase 3 (CYB5R3), a CoQ reductase abundant in vascular endothelial cells, modulates inflammatory activation. Mice lacking endothelial CYB5R3 (R3 KO), under lipopolysaccharides (LPS) challenge, showed exacerbated hypotension, decreased acetylcholine-induced vasodilation, and elevated vascular adhesion molecule 1 (Vcam-1) mRNA in aorta. In vitro, silencing Cyb5r3 enhanced LPS-induced VCAM-1 protein in a NOX4 dependent manner. APEX2- based electron microscopy and proximity biotinylation demonstrated CYB5R3’s localization on the mitochondrial outer membrane and its interaction with NOX4, which was further confirmed by the proximity ligation assay. Notably, Cyb5r3 silenced HAECs had less total H 2 O 2 but more mitochondrial O 2 •- . Using inactive or non-membrane bound active CYB5R3, we found CYB5R3 activity and membrane translocation were needed for optimal generation of H 2 O 2 by NOX4. Lastly, CoQ deficient cells showed decreased NOX4-derived H 2 O 2 , indicating a requirement for endogenous CoQ in NOX4 activity. In conclusion, CYB5R3 mitigates endothelial inflammatory activation by assisting in NOX4-dependent H 2 O 2 generation via CoQ. NOVELTY AND SIGNIFICANCE What Is Known? NADPH oxidase 4 (NOX4) reportedly produces primarily hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and, to a lesser extent, superoxide (O 2 •- ) and has been shown to have both beneficial and deleterious effects in the cardiovascular system. NOX4 activity can be affected by NAD(P)H quinone oxidoreductase 1 (NQO1), a CoQ reductase, and synthetic quinone compounds used to mimic CoQ. Cytochrome b5 reductase 3 (CYB5R3) is known to reduce CoQ and is highly expressed in endothelial cells. What New Information Does This Article Contribute? In vivo, the lack of endothelial CYB5R3 causes exacerbated lipopolysaccharides (LPS)-induced inflammatory signaling, endothelial dysfunction, and hypotension. Endothelial CYB5R3 mitigates inflammatory signaling by LPS and tumor necrosis factor α (TNF-α) in a NOX4 dependent manner. In endothelial cells, CYB5R3 and NOX4 reside in close proximity on the mitochondrial outer membrane. NOX4’s ability to generate H 2 O 2 depends on the membrane translocation and activity of CYB5R3 and the presence of endogenous CoQ. NONSTANDARD Abbreviations and Acronyms Protein names are abbreviated as capital letters (e.g., CYB5R3), while the corresponding gene names are annotated as in italic lower cases (e.g., Cyb5r3 ).

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a devastating disease in which reactive oxygen species (ROS) play an important role. The disease is characterized by lung arterial cell proliferation (inward remodeling) leading to right ventricle (RV) failure. We postulated that NADPH oxidase 1 (NOX1)-derived ROS mediate endothelial cell (EC) proliferation and hemodynamic changes in PAH. Indeed, we found increased NOX1 (1.6±0.10-fold; n=7-9, p<0.01) in human pulmonary artery ECs (HPAECs) exposed to 24 hr hypoxia (Hx) vs. normoxia (Nx) (1% v. 21% O 2 , in vitro PAH phenotype). To test an in vivo NOX1 role, C57BL/6J (WT), mice were implanted with pumps delivering a NOX1-selective peptidic inhibitor (NoxA1ds) or scrambled control (Scr) and exposed to Nx (21% O 2 ) or Hx (10% O 2 ) for 3 wks plus vehicle or VEGF receptor antagonist Sugen 5416. Sugen/Hx (Su/Hx) increased RV max pressure (RVMP) 2-fold ± 0.20-fold (n=7-9, p<0.001) along with elevated mean pulmonary artery pressure (mPAP, 2-fold 0.25-fold, n=7-9, p<0.001), pulmonary vascular resistance (PVR, 2-fold±0.2-fold, n=7-9, p<0.001), and right ventricular max dP/dt (RVM dP/dt, 2-fold±0.2-fold, n=7-9, p<0.001) vs. Nx. NoxA1ds infusion significantly attenuated these rises. In parallel, RNA-Seq of HPAECs treated with NOX1 siRNA and exposed to Nx or Hx revealed the protein kinase R-like ER kinase (PERK) branch of the unfolded protein response (UPR) as NOX1-mediated. UPR promotes tumor growth in cancer due to positive effects on cell survival and proliferation. Indeed, phospho-PERK expression measured via WB increased by 1.5-fold ± 0.3-fold (n=9, p<0.01) in HPAECs exposed to Hx, which was completely reversed by siNOX1. Further, downstream members of the PERK-UPR pathway followed similar trends including phospho-eukaryotic translation initiation factor 2A (eIF2α, 3-fold ± 0.6-fold, n=9, p<0.05), activating transcription factor 4 (ATF4, 2.1-fold ± 0.4-fold, n=9, p<0.01), and protein disulfide-isomerase (PDI, 2.3-fold ± 0.65-fold, n=9, p<0.01). We corroborated these findings in cross-sections of Su/Hx mouse lungs and in autopsied iPAH patient lungs. The findings are consistent with NOX1 mediating activation of the UPR through PERK, which, in turn, induces EC hyperproliferation in PAH.

Abstract The inflammatory upregulation of kynurenine metabolism induces immunomodulatory responses via incompletely understood mechanisms. We report that increases in cellular and systemic kynurenine levels yield the electrophilic derivative kynurenine-carboxyketoalkene (Kyn-CKA), as evidenced by the accumulation of thiol-conjugates and saturated metabolites. Under physiological conditions, Kyn-CKA induces Nrf2-regulated genes and inhibits NF-κB and NLRP3-dependent pro-inflammatory signaling. Sickle Cell Disease (SCD) is a hereditary hemolytic condition characterized by basal inflammation and recurrent vaso-occlusive crises. Both a transgenic SCD murine model and SCD patients exhibit increased kynurenine synthesis and elevated Kyn-CKA metabolite levels. Plasma hemin and kynurenine concentrations are positively correlated, indicating that Kyn-CKA synthesis in SCD is upregulated during pathogenic vascular stress. Remarkably, exogenous administration of Kyn-CKA abrogated pulmonary microvasculature occlusion in SCD mice, an important factor in the development of lung injury. These findings demonstrate that the upregulation of kynurenine synthesis and its metabolism to Kyn-CKA is an adaptive response that attenuates inflammation and protects tissues. One-Sentence Summary Kyn-CKA is a kynurenine-derived signaling mediator that transduces its immunomodulatory protective actions and attenuates vaso-occlusion in sickle cell disease.

ABSTRACT Impairments in carbohydrate, lipid, and amino acid metabolism drive features of plaque instability. However, where these impairments occur within the atheroma remains largely unknown. Therefore, we sought to characterize the spatial distribution of metabolites within stable and unstable atherosclerosis in both the fibrous cap and necrotic core. Atherosclerotic tissue specimens were scored based on the Stary classification scale and subdivided into stable and unstable atheromas. After performing mass spectrometry imaging (MSI) on these samples, we identified over 850 metabolite-related peaks. Using MetaboScape, METASPACE, and HMDB, we confidently annotated 170 of these metabolites and found over 60 of these were different between stable and unstable atheroma. We then integrated these results with an RNA-sequencing dataset comparing stable and unstable human atherosclerosis. Upon integrating our MSI results with the RNA-seq dataset, we discovered that pathways related to lipid metabolism and long-chain fatty acids were enriched in stable plaques, whereas reactive oxygen species, aromatic amino acid, and tryptophan metabolism were increased in unstable plaques. Acylcarnitines and acylglycines were increased in stable plaques whereas tryptophan metabolites were enriched in unstable plaques. Evaluating spatial differences in stable plaques revealed lactic acid in the necrotic core, whereas pyruvic acid was elevated in the fibrous cap. In unstable plaques, 5-hydroxyindole-acetic acid was enriched in the fibrous cap. Our work herein represents the first step to defining an atlas of metabolic pathways involved in plaque destabilization in human atherosclerosis. We anticipate this will be a valuable resource and open new avenues of research in cardiovascular disease. GRAPHICAL ABSTRACT