Abstract Amplification and/or overexpression of the PAK1 gene is common in several malignancies, and inhibition of PAK1 by small molecules has been shown to impede the growth and survival of such cells. Potent inhibitors of PAK1 and its close relatives, PAK2, and PAK3, have been described, but clinical development has been hindered by recent findings that PAK2 function is required for normal cardiovascular function in adult mice. A unique allosteric PAK1-selective inhibitor, NVS-PAK1-1, provides a potential path forward, but has relatively modest potency in cells. Here, we report the development of BJG-05-039, a PAK1-seletive degrader consisting of the allosteric PAK1 inhibitor NVS-PAK1-1 conjugated to lenalidomide, a recruiter of the E3 ubiquitin ligase substrate adaptor Cereblon (CRBN). BJG-05-039 induced degradation of PAK1, but not PAK2, and displayed enhanced anti-proliferative effects relative to its parent compound in PAK1-dependent, but not PAK2-dependent, cell lines. Notably, BJG-05-039 promoted sustained PAK1 degradation and inhibition of downstream signaling effects at ten-fold lower dosage than NVS-PAK1-1. Our findings suggest that selective PAK1 degradation may confer more potent pharmacological effects compared with catalytic inhibition and highlight the potential advantages of PAK1-targeted degradation.

Abstract Malignant mesotheliomas (MM) show frequent somatic loss of the NF2 tumor suppressor gene. The NF2 product, Merlin, is implicated in several tumor-related pathways, including p21-activated kinase (PAK) signaling. Merlin is both a phosphorylation target for PAK and a negative regulator of this oncogenic kinase. Merlin loss results in PAK activation, and PAK inhibitors hold promise for the treatment of NF2 -deficient tumors. To test this possibility in an in vivo genetic system, Nf2 f/f ;Cdkn2a f/f mice were crossed to mice with conditional knockout of Pak2 , a highly expressed group I Pak member. Cohorts of these animals were injected in either the thoracic or peritoneal cavities with adeno-Cre virus to delete floxed alleles in the mesothelial lining. Loss of Pak2 resulted in a markedly decreased incidence and delayed onset and progression of pleural and peritoneal MMs in Nf2;Cdkn2a-deficient (NC) mice, as documented by Kaplan-Meier survival curves and in vivo bioluminescent imaging. RNA-seq revealed that MMs from NC;Pak2 -/- mice showed downregulated expression of genes involved in several oncogenic pathways (Wnt, Akt) when compared to MMs from mice retaining Pak2. Kinome profiling showed that, as compared to NC MM cells, NC;Pak2 -/- MM cells had multiple kinase changes indicative of an epithelial to mesenchymal transition. Collectively, these findings suggest that NC;Pak2 -/- MMs adapt by reprogramming their kinome and gene signature profiles to bypass the need for PAK activity via the activation of other compensatory oncogenic kinase pathways. The identification of such secondary pathways offers opportunities for rational combination therapies to circumvent resistance to anti-PAK drugs.