Inhibition of tumor angiogenesis through blockade of the vascular endothelial growth factor (VEGF) signaling pathway is a novel treatment modality in oncology. Preclinical findings suggest that long-term clinical outcomes may improve with blockade of additional proangiogenic receptor tyrosine kinases: platelet-derived growth factor receptors (PDGFR) and fibroblast growth factor receptors (FGFR). BIBF 1120 is an indolinone derivative potently blocking VEGF receptor (VEGFR), PDGFR and FGFR kinase activity in enzymatic assays (IC(50), 20-100 nmol/L). BIBF 1120 inhibits mitogen-activated protein kinase and Akt signaling pathways in three cell types contributing to angiogenesis, endothelial cells, pericytes, and smooth muscle cells, resulting in inhibition of cell proliferation (EC(50), 10-80 nmol/L) and apoptosis. In all tumor models tested thus far, including human tumor xenografts growing in nude mice and a syngeneic rat tumor model, BIBF 1120 is highly active at well-tolerated doses (25-100 mg/kg daily p.o.), as measured by magnetic resonance imaging of tumor perfusion after 3 days, reducing vessel density and vessel integrity after 5 days, and inducing profound growth inhibition. A distinct pharmacodynamic feature of BIBF 1120 in cell culture is sustained pathway inhibition (up to 32 hours after 1-hour treatment), suggesting slow receptor off-kinetics. Although BIBF 1120 is rapidly metabolized in vivo by methylester cleavage, resulting in a short mean residence time, once daily oral dosing is fully efficacious in xenograft models. These distinctive pharmacokinetic and pharmacodynamic properties may help explain clinical observations with BIBF 1120, currently entering phase III clinical development.

Deregulation of the ErbB (proto-oncogene B of the avian erythroblastosis virus AEV-H strain) receptor network is well recognized as an oncogenic driver in epithelial cancers. Several targeted drugs have been developed, including antibodies and small-molecule kinase inhibitors, each of them characterized by distinct patterns of ErbB receptor interactions. Understanding the precise pharmacological properties of these compounds is important for optimal use in clinical practice. Afatinib [BIBW 2992; N-[4-[(3-chloro-4-fluorophenyl)amino]-7-[[(3S)-tetrahydro-3-furanyl]oxy]-6-quinazolinyl]-4-(dimethylamino)-2-butenamide] is an ATP-competitive anilinoquinazoline derivative harboring a reactive acrylamide group. It was designed to covalently bind and irreversibly block enzymatically active ErbB receptor family members. Here, we show by X-ray crystallography the covalent binding of afatinib to wild-type epidermal growth factor receptor (EGFR) and by mass spectrometry the covalent interaction with EGFR, EGFRL858R/T790M, human epidermal growth factor receptor 2 (HER2), and ErbB-4. Afatinib potently inhibits the enymatic activity of ErbB-4 (EC50=1 nM) and the proliferation of cancer cell lines driven by multiple ErbB receptor aberrations at concentrations below 100 nM. N-[4-[(3-chloro-4-fluorophenyl)amino]-7-[[(3S)-tetrahydro-3-furanyl]oxy]-6-quinazolinyl]-4-(dimethylamino)-2-butanamide (BI 37781), a close analog of afatinib lacking the acrylamide group and thus incapable of covalent bond formation, had similar potency on cells driven by EGFR or EGFRL858R, but less or no detectable activity on cells expressing EGFRL858R/T790M HER2 or ErbB-4. These results stress the importance of the acrylamide group and show that afatinib differs from approved ErbB targeting agents by irreversibly inhibiting the kinase activity of all ErbB family members. They provide a mechanistic rationale for the distinct pharmacological features of this compound and explain the clinical activity seen in some patients who are resistant to antibody or kinase inhibitor therapy because of secondary mutations or ErbB receptor "reprogramming."

Targeting subunits of BAF/PBAF chromatin remodeling complexes has been proposed as an approach to exploit cancer vulnerabilities. Here, we develop proteolysis targeting chimera (PROTAC) degraders of the BAF ATPase subunits SMARCA2 and SMARCA4 using a bromodomain ligand and recruitment of the E3 ubiquitin ligase VHL. High-resolution ternary complex crystal structures and biophysical investigation guided rational and efficient optimization toward ACBI1, a potent and cooperative degrader of SMARCA2, SMARCA4 and PBRM1. ACBI1 induced anti-proliferative effects and cell death caused by SMARCA2 depletion in SMARCA4 mutant cancer cells, and in acute myeloid leukemia cells dependent on SMARCA4 ATPase activity. These findings exemplify a successful biophysics- and structure-based PROTAC design approach to degrade high profile drug targets, and pave the way toward new therapeutics for the treatment of tumors sensitive to the loss of BAF complex ATPases. A structure-based design allows the development of a potent PROTAC to degrade BAF ATPase subunits SMARCA2 and SMARCA4 via recruitment of E3 ubiquitin ligase VHL and induce cancer cell death.

Components of the chromatin remodelling switch/sucrose nonfermentable (SWI/SNF) complex are recurrently mutated in tumors, suggesting that altering the activity of the complex plays a role in oncogenesis. However, the role that the individual subunits play in this process is not clear. We set out to develop an inhibitor compound targeting the bromodomain of BRD9 in order to evaluate its function within the SWI/SNF complex. Here, we present the discovery and development of a potent and selective BRD9 bromodomain inhibitor series based on a new pyridinone-like scaffold. Crystallographic information on the inhibitors bound to BRD9 guided their development with respect to potency for BRD9 and selectivity against BRD4. These compounds modulate BRD9 bromodomain cellular function and display antitumor activity in an AML xenograft model. Two chemical probes, BI-7273 (1) and BI-9564 (2), were identified that should prove to be useful in further exploring BRD9 bromodomain biology in both in vitro and in vivo settings.

Targeted cancer therapy is based on exploiting selective dependencies of tumor cells. By leveraging recent large-scale genomic profiling and functional screening of cancer cell lines we identified Werner syndrome helicase (WRN) as a novel specific vulnerability of microsatellite instability-high (MSI-H) cancer cells. MSI, caused by defective mismatch repair is frequently detected in human malignancies, in particular in colorectal, endometrial and gastric cancers. We demonstrate that WRN inactivation selectively impairs the viability of MSI-H but not microsatellite stable (MSS) colorectal and endometrial cancer cell lines. In MSI-H cells, WRN loss results in the emergence of chromosome breaks, chromatin bridges and micronuclei highlighting defective genome integrity. WRN variants harboring mutations abrogating the ATPase function of WRN helicase fail to rescue the viability phenotype of WRN-depleted MSI-H colorectal cells. Our study suggests that pharmacological inhibition of WRN helicase function might represent a novel opportunity to develop a targeted therapy for MSI-H cancers.