ABSTRACT Second cause of death due to cancer worldwide, colorectal cancer (CRC) is a major public health issue. The discovery of new therapeutic targets is thus essential. The pseudokinase PTK7 intervenes in the regulation of the Wnt/β-catenin pathway signaling, in part, through a kinase-domain dependent interaction with the β-catenin protein. PTK7 is overexpressed in CRC; an event associated with metastatic development and reduced survival of non-metastatic patient. In addition, numerous alterations have been identified in CRC inducing constitutive activation of Wnt/β-catenin pathway signaling through β-catenin accumulation. Thus, we thought that targeting PTK7/β-catenin interaction could be of interest for future drug development. In this study, we have developed a NanoBRET™ screening assay recapitulating the interaction between PTK7 and β-catenin to identify compounds able to disrupt this protein-protein interaction. A high-throughput screening allowed us to identify small molecule inhibitors targeting the Wnt pathway signaling and inducing anti-proliferative effect in vitro in CRC cells harboring β-catenin or APC mutations downstream of PTK7. Thus, inhibition of the PTK7/β-catenin interaction could represent, in the future, a new therapeutic strategy to inhibit cell growth dependent on Wnt signaling pathway. Moreover, despite a lack of enzymatic activity of its tyrosine kinase domain, targeting the PTK7 kinase domain-dependent functions appears to be of interest for further therapeutic development.

Abstract The concept of polypharmacology involves the interaction of drug molecules with multiple molecular targets. It provides a unique opportunity for the repurposing of already-approved drugs to target key factors involved in human diseases. Herein, we used an in silico target prediction algorithm to investigate the mechanism of action of mebendazole, an anti-helminthic drug, currently repurposed in the treatment of brain tumors. First, we confirmed that mebendazole decreased the viability of glioblastoma cells in vitro . Our in silico approach unveiled 21 putative molecular targets for mebendazole, including 12 proteins significantly up-regulated at the gene level in glioblastoma as compared to normal brain tissue. Validation experiments were performed on three major kinases involved in cancer biology: ABL1, MAPK1/ERK2 and MAPK14/p38α. Mebendazole could inhibit the activity of these kinases in vitro in a dose-dependent manner, with a high potency against MAPK14. Its direct binding to MAPK14 was further validated in vitro and inhibition of MAPK14 kinase activity was confirmed in live glioblastoma cells. Consistent with biophysical data, molecular modeling suggested that mebendazole was able to bind to the catalytic site of MAPK14. Finally, gene silencing demonstrated that MAPK14 is involved in glioblastoma tumor spheroid growth and response to mebendazole treatment. This study thus highlighted the role of MAPK14 in the anticancer mechanism of action of mebendazole and provides further rationale for the pharmacological targeting of MAPK14 in brain tumors. It also opens new avenues for the development of novel MAPK14/p38α inhibitors to treat human diseases. Significance Statement This study provides a framework to investigate drug polypharmacology by rapidly identifying novel molecular targets of already-approved drugs. It unveils a new mechanism involved in the anticancer activity of anti-helminthic drug, mebendazole, which is currently being repurposed for the treatment of brain tumors. By helping to decipher the mechanism(s) of action of repurposed drugs in their new indications, this approach could contribute to the development of safer and more effective therapeutic strategies in oncology and beyond.

ABSTRACT Differentially screening the Fr-PPIChem chemical library on the BET BRD4-BDII versus -BDI bromodomains led to the discovery of a BDII selective tetrahydropyridothienopyrimidinone (THPTP)-based compound. Structure-activity relationship (SAR) and hit-to-lead approaches allowed us to develop CRCM5484, a potent inhibitor of BET proteins with a preferential and 475-fold selectivity for the second bromodomain of the BRD3 protein (BRD3-BDII) over its first bromodomain (BRD3-BDI). Its very low activity was demonstrated in various cell-based assays, corresponding with recent data describing other selective BDII compounds. However, screening on a drug sensitivity and resistance-profiling platform revealed its ability to modulate the anti-leukemic activity in combination with various FDA-approved and/or in-development drugs in a cell- and context-dependent differential manner. Altogether, the results confirm the originality of the THPTP molecular mode of action in the BD cavity and its potential as starting scaffold for the development of potent and selective bromodomain inhibitors.