Antibody-drug conjugates (ADCs) constitute a relatively new group of anticancer agents, whose first appearance took place about two decades ago, but a renewed interest occurred in recent years, following the success of anti-cancer immunotherapy with monoclonal antibodies. Indeed, an ADC combines the selectivity of a monoclonal antibody with the cell killing properties of a chemotherapeutic agent (payload), joined together through an appropriate linker. The antibody moiety targets a specific cell surface antigen expressed by tumor cells and/or cells of the tumor microenvironment and acts as a carrier that delivers the cytotoxic payload within the tumor mass. Despite advantages in terms of selectivity and potency, the development of ADCs is not devoid of challenges, due to: i) low tumor selectivity when the target antigens are not exclusively expressed by cancer cells; ii) premature release of the cytotoxic drug into the bloodstream as a consequence of linker instability; iii) development of tumor resistance mechanisms to the payload. All these factors may result in lack of efficacy and/or in no safety improvement compared to unconjugated cytotoxic agents. Nevertheless, the development of antibodies engineered to remain inert until activated in the tumor (e.g., antibodies activated proteolytically after internalization or by the acidic conditions of the tumor microenvironment) together with the discovery of innovative targets and cytotoxic or immunomodulatory payloads, have allowed the design of next-generation ADCs that are expected to possess improved therapeutic properties. This review provides an overview of approved ADCs, with related advantages and limitations, and of novel targets exploited by ADCs that are presently under clinical investigation.

Activation of neuropilin-1 (NRP-1) by platelet derived growth factor (PDGF)-C sustains melanoma invasiveness. Therefore, in the search of novel agents capable of reducing melanoma spreading, PDGF-C/NRP-1 interaction was investigated as a potential druggable target. Since the PDGF-C region involved in NRP-1 binding is not yet known, based on the sequence and structural homology between PDGF-C and vascular endothelial growth factor-A (VEGF-A), we hypothesized that the NRP-1 b1 domain region involved in the interaction with VEGF-A might also be required for PDGF-C binding. Hence, this region was selected from the protein crystal structure and used as target in the molecular docking procedure. In the following virtual screening, compounds from a DrugBank database were used as query ligands to identify agents potentially capable of disrupting NRP-1/PDGF-C interaction. Among the top 45 candidates with the highest affinity, five drugs were selected based on the safety profile, lack of hormonal effects, and current availability in the market: the antipsychotic pimozide, antidiabetic gliclazide, antiallergic cromolyn sodium, anticancer tyrosine kinase inhibitor entrectinib, and antihistamine azelastine. Analysis of drug influence on PDGF-C in vitro binding to NRP-1 and PDGF-C induced migration of human melanoma cells expressing NRP-1, indicated gliclazide and entrectinib as the most specific agents that were active at clinically achievable and non-toxic concentrations. Both drugs also reverted PDGF-C ability to stimulate extracellular matrix invasion by melanoma cells resistant to BRAF inhibitors. The inhibitory effect on tumor cell motility involved a decrease of p130Cas phosphorylation, a signal transduction pathway activated by PDGF-C-mediated stimulation of NRP-1.

Abstract Telomeres are nucleoprotein structures at eukaryotic chromosome termini. Their stability is preserved by a six-protein complex named shelterin. Among these, TRF1 binds telomere duplex and assists DNA replication with mechanisms only partly clarified. Poly (ADP-ribose) polymerase 1 (PARP1) is a chromatin associated enzyme which adds poly (ADP-ribose) polymers (PARs) to acceptor proteins by covalent hetero-modification. Here we found that TRF1 is covalently PARylated by PARP1 during DNA synthesis. PARP1 downregulation perturbs bromodeoxyuridine incorporation at telomeres in S-phase, triggering replication-dependent DNA damage and telomere fragility. PARylated TRF1 recruits WRN and BLM helicases in S-phase in a PARP1-dependent manner, probably through non-covalent PAR binding to solve secondary structures during telomere replication. ALT telomeres are less affected by PARP1 downregulation and are less sensitive to PARP inhibitors. This work unveils an unprecedented role for PARP1 as a “surveillant” of telomere replication, in absence of exogenous DNA insults, which orchestrates protein dynamics at proceeding replication fork.

Abstract Chemotherapy-induced neuropathic pain is a clinically relevant adverse effect of several anticancer drugs leading to dose reduction or therapy discontinuation. The lack of knowledge about the mechanisms of neuropathy development and pain chronicization makes chemotherapy-induced neuropathic pain treatment an unmet medical need. In this context, the vascular endothelial growth factor A (VEGF-A) has emerged as a neurotoxicity biomarker in a model of chemotherapy-induced neuropathy, and its decrease has been related to pain relief. Aim of this study was to clarify the VEGF-A-dependent pain signaling in the CNS for individuating new targeted therapeutic approaches. In mice, the intrathecal infusion of VEGF-A induced a dose-dependent noxious hypersensitivity mediated by the VEGF receptor 1 (VEGFR-1) as demonstrated by pharmacological and genetic tools. In electrophysiological study, VEGF-A stimulated the spinal nociceptive neurons activity through VEGFR-1. In the dorsal horn of the spinal cord, VEGF-A increased in astrocytes of animals affected by neuropathy suggesting this cell population as a source of the potent pain mediator. Accordingly, the selective knockdown of astrocytic VEGF-A, by shRNAmir, blocked the development of oxaliplatin-induced neuropathic pain. Besides, the anti-VEGFR-1 mAb D16F7 (previously described as anticancer) effectively relieved neuropathic pain induced by chemotherapeutic agents. In conclusion, astrocyte-released VEGF-A is a new player in the complex neuron-glia network that oversees physiological and pathological pain and D16F7 mAb rises as a potent pain killer strategy.

Background: Arsenic trioxide (ATO) is an anticancer agent for treating acute promyelocytic leukemia (APL). However, 5–10% of patients fail to respond, developing relapsed/refractory disease. The aim of this study was to identify potential new therapeutic approaches for ATO-unresponsive APL by targeting the anti-apoptotic genes that contribute to drug resistance. Methods: RNA expression of dysregulated genes involved in the apoptotic pathway was analyzed by comparing ATO-resistant APL cell clones generated in our lab with the corresponding sensitive clones, at basal levels and after 48 h of treatment with ATO. Results: ATO-resistant APL cells showed upregulation of APAF1, BCL2, BIRC3, and NOL3 genes, while CD70 and IL10 genes were downregulated, compared to ATO-sensitive cells. Treatment with ATO strongly increased the expression of the anti-apoptotic genes BIRC3, NOL3, and BCL2A1 and significantly downregulated BCL2 in ATO-sensitive clones. Although all these genes can be relevant to ATO-resistance, we selected BCL2 and BIRC3 as druggable targets. A direct correlation between BCL2 expression and the sensitivity to the BCL2 inhibitor venetoclax was observed, indicating BCL2 as predictive biomarker of the response. Moreover, the combination of venetoclax with ATO exerted synergistic cytotoxic effects, thus reverting the resistance to ATO. APL treatment with SMAC mimetics such as LCL161 and xevinapant (inhibitors of BIRC3) was not as effective as the BCL2 inhibitor as a monotherapy but exerted synergistic effects in combination with ATO in cells with low BIRC expression. Conclusions: This study demonstrates the therapeutic potential of venetoclax in combination with ATO in vitro and strongly encourages further investigation of relapsed/refractory APL with high BCL2 expression.