Temozolomide (TMZ)-based therapy is the standard of care for patients with glioblastoma multiforme (GBM), and resistance to this drug in GBM is modulated by the DNA repair protein O(6)-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT). Expression of MGMT is silenced by promoter methylation in approximately half of GBM tumors, and clinical studies have shown that elevated MGMT protein levels or lack of MGMT promoter methylation is associated with TMZ resistance in some, but not all, GBM tumors. In this study, the relationship between MGMT protein expression and tumor response to TMZ was evaluated in four GBM xenograft lines that had been established from patient specimens and maintained by serial subcutaneous passaging in nude mice. Three MGMT unmethylated tumors displayed elevated basal MGMT protein expression, but only two of these were resistant to TMZ therapy (tumors GBM43 and GBM44), while the other (GBM14) displayed a level of TMZ sensitivity that was similar in extent to that seen in a single MGMT hypermethylated line (GBM12). In tissue culture and animal studies, TMZ treatment resulted in robust and prolonged induction of MGMT expression in the resistant GBM43 and GBM44 xenograft lines, while MGMT induction was blunted and abbreviated in GBM14. Consistent with a functional significance of MGMT induction, treatment of GBM43 with a protracted low-dose TMZ regimen was significantly less effective than a shorter high-dose regimen, while survival for GBM14 was improved with the protracted dosing regimen. In conclusion, MGMT expression is dynamically regulated in some MGMT nonmethylated tumors, and in these tumors, protracted dosing regimens may not be effective.

Determining the balance between DNA double strand break repair (DSBR) pathways is essential for understanding treatment response in cancer. We report a method for simultaneously measuring non-homologous end joining (NHEJ), homologous recombination (HR), and microhomology-mediated end joining (MMEJ). Using this method, we show that patient-derived glioblastoma (GBM) samples with acquired temozolomide (TMZ) resistance display elevated HR and MMEJ activity, suggesting that these pathways contribute to treatment resistance. We screen clinically relevant small molecules for DSBR inhibition with the aim of identifying improved GBM combination therapy regimens. We identify the ATM kinase inhibitor, AZD1390, as a potent dual HR/MMEJ inhibitor that suppresses radiation-induced phosphorylation of DSBR proteins, blocks DSB end resection, and enhances the cytotoxic effects of TMZ in treatment-naïve and treatment-resistant GBMs with TP53 mutation. We further show that a combination of G2/M checkpoint deficiency and reliance upon ATM-dependent DSBR renders TP53 mutant GBMs hypersensitive to TMZ/AZD1390 and radiation/AZD1390 combinations. This report identifies ATM-dependent HR and MMEJ as targetable resistance mechanisms in TP53-mutant GBM and establishes an approach for simultaneously measuring multiple DSBR pathways in treatment selection and oncology research.

Glioblastoma (GBM) is a disease of the whole brain, with infiltrative tumor cells protected by an intact BBB. GBM has a poor prognosis despite aggressive treatment, in part due to lack of adequate drug permeability at the BBB. Standard of care GBM therapies include radiation and cytotoxic chemotherapy that lead to DNA damage. Subsequent activation of DNA damage response (DDR) pathways can induce resistance. Various DDR inhibitors, targeting the key regulators of these pathways such as ataxia telangiectasia mutated and Rad3-related (ATR), are being explored as radio- and chemo-sensitizers. Elimusertib, a novel ATR kinase inhibitor, can prevent repair of damaged DNA, increasing efficacy of DNA damaging cytotoxic therapies. Robust synergy was observed

Glioblastoma (GBM) is uniformly fatal with a one year median survival rate, despite the best available treatment, including radiotherapy (RT). Impacts of prior RT on tumor recurrence are poorly understood but may increase tumor aggressiveness. Metabolic changes have been investigated in radiation-induced brain injury; however, the tumor-promoting effect following prior radiation is lacking. Since RT is vital to GBM management, we quantified the tumor-promoting effects of prior radiotherapy (RT) on patient-derived intracranial GBM xenografts and characterized the metabolic alterations associated with the protumorigenic microenvironment. Human xenografts (GBM143) were implanted into nude mice 24h following 20Gy cranial radiation vs. sham animals. Tumors in pre-radiated mice were more proliferative and more infiltrative, yielding faster mortality (p<0.0001). Histologic evaluation of tumor associated macrophage/microglia (TAMs) revealed cells with a more fully activated ameboid morphology in pre-radiated animals. Microdialyzates from the radiated brain at the margin of tumor infiltration contralateral to the site of implantation were analyzed by unsupervised liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS). In pre-radiated animals, metabolites known to be associated with tumor progression (like, modified nucleotides and polyols) were identified. Whole-tissue metabolomic analysis of the pre-radiated brain microenvironment for metabolic alterations in a separate cohort of nude mice using 1H-NMR revealed significant decrease in levels of antioxidants (glutathione (GSH) and ascorbate (ASC)), NAD+, TCA intermediates, and increased ATP and GTP. Glutathione and ASC showed highest VIPpred (1.65) in OPLS-DA analysis. Involvement of ASC catabolism was further confirmed by GC-MS. To assess longevity of radiation effects, we compared survival with implantation occuring 2 months vs. 24h following radiation, finding worse survival in animals implanted at 2 months. These radiation-induced alterations are consistent with a chronic disease-like microenvironment characterized by reduced levels of antioxidants and NAD+, as well as elevated extracellular ATP and GTP serving as chemoattractants, promoting cell motility and vesicular secretion with decreased levels of GSH and ASC exacerbating oxidative stress. Taken together, these data suggest that IR induces tumor-permissive changes in the microenvironment with metabolomic alterations that may facilitate tumor aggressiveness with important implications for recurrent glioblastoma. Harnessing these metabolomic insights may provide opportunities to attenuate RT-associated aggressiveness of recurrent GBM.

2012 Background: Navtemadlin (nvtm) is a potent, selective, orally available small molecule inhibitor of murine double minute 2 homologue (MDM2), which has completed a Ph 0 surgical window of opportunity study in glioblastoma, IDH-wildtype (GBM; Lee SNO 2022). To optimally interpret the clinical data, an extensive evaluation of nvtm PK, PD, and efficacy was performed in GBM patient derived xenografts (PDXs). Methods: Response to nvtm +/- radiotherapy (RT) was characterized in vitro and in vivo across a panel of GBM PDXs with various TP53 and MDM2 alterations. Efficacy, PK, and PD were evaluated in flank or orthotopic PDX models. p53 pathway activation was evaluated by qPCR, Western blot, and IHC. Nvtm brain penetration was evaluated in immunodeficient abcb1a/b -/- (P-glycoprotein; P-gp), abcg2 -/- (BCRP), or double-knockout mice. Binding was assessed by rapid equilibrium dialysis, and nvtm concentrations by LC/MS-MS and MALDI-MSI. Results: Nvtm decreased in vitro viability of TP53 WT GBM PDX explant cultures with IC 50 s <100 nM, but was ineffective in TP53-mutant GBM. In flank PDX models, nvtm (100 mg/kg daily for 4 weeks) delayed tumor regrowth by 1.9 to 4.8-fold in TP53 WT PDXs without MDM2amplification (n=9 models), and more markedly by 20.1 to 29.4-fold in MDM2amplified models (n=4; 2 PDXs did not recur). In a flank PDX dose-response study, nvtm delayed the growth of MDM2amplified GBM108 at 25 mg/kg vs. placebo (61 vs. 11 days; p=0.014; mean intra-tumoral nvtm = 590 nM). In contrast, growth of MDM2 non-amplified GBM14 was delayed only at 100 mg/kg (37 vs. 15 days; p=0.082; mean intra-tumoral nvtm = 2990 nM). In both flank models, p53 target gene upregulation was similar between 25 and 100 mg/kg and did not correlate with regrowth. Nvtm was highly bound (fraction unbound = 0.090 in culture media and 0.014 in GBM tissue homogenate). In mice after oral dosing, distribution to CNS was limited by P-gp, with a brain to plasma ratio of 0.009 and unbound ratio of 0.005, whereas BCRP deficiency did not affect CNS distribution. With orthotopic GBM108, nvtm efficacy was evaluated in nude vs. efflux-deficient mice. In nude mice, nvtm was ineffective at doses up to 100 mg/kg; however, in efflux deficient mice, the mean intra-tumoral nvtm level at 25 mg/kg was similar to flank tumors (690 nM) and survival was significantly extended (134 vs. 62 days, p=0.0002) with additional benefit at 100 mg/kg (>300 vs. 62 days, p=0.002). Conclusions: Nvtm showed significant efficacy in TP53 WT GBM flank PDX models but efficacy in orthotopic PDX was highly dependent on CNS penetration. Targeting nvtm levels based on the in vitroIC 50 may significantly underestimate the in vivo effective concentration . In vivo studies showed lower intra-tumoral nvtm levels are required to significantly inhibit growth of MDM2amplified compared with non-amplified tumors.

Abstract ATM inhibitors are being developed as radiosensitizers to improve the antitumor effects of radiotherapy, but ATM inhibition can also radiosensitize normal tissues. Therefore, understanding the elevated risk for normal tissue toxicities is critical for radiosensitizer development. This study focused on modeling the relationship between acute mucosal toxicity, radiation dose, fractionation schedule, and radiosensitizer exposure. The ATM inhibitor WSD0628 was combined with single or fractionated doses of radiation delivered to the oral cavity or esophagus of FVB mice. The potentiation by WSD0628 was quantified by a sensitizer enhancement ratio (SER), which describes the changes in radiation tolerance for radiation combined with WSD0628 relative to radiation-only regimens. WSD0628 profoundly enhanced radiation-induced acute oral and esophageal toxicities. For oral mucosal toxicity, the enhancement by WSD0628 with 3 fractions of radiation resulted in an SER ranging from 1.3 (0.25 mg/kg) to 3.1 (7.5 mg/kg). For the 7.5 mg/kg combination, the SER increased with increasing number of fractions from 2.2 (1 fraction) to 4.3 (7 fractions) for oral toxicity and from 2.2 (1 fraction) to 3.6 (3 fractions) for esophageal toxicity, which reflects a loss of the normal tissue sparing benefit of fractionated radiation. These findings were used to develop a modified biologically effective dose model to determine alternative radiation schedules with or without WSD0628 that result in similar levels of toxicity. Successful radiosensitizer dose-escalation to maximally effective therapeutic dose will require careful deliberation of tumor site and reduction of radiation dose-volume limits for organs at risk.

2071 Background: Brigimadlin (BI 907828) is a potent small molecule inhibitor of the p53-MDM2 pathway currently in a phase 0/1 clinical trial in combination with radiotherapy in newly diagnosed MGMTunmethylated glioblastoma (GBM). To inform development of brigimadlin for GBM, we developed a pharmacokinetic (PK)/ pharmacodynamic (PD)/ efficacy model using GBM patient derived xenografts (PDXs). Methods: Brigimadlin PK parameters were evaluated in FVB wild-type and knockout (Mdr1a/b -/- Bcrp1 -/- ) mice and in athymic nude mice. Drug binding was measured by rapid equilibrium dialysis, and drug levels quantified by LC/MS-MS. Dose-response relationships were evaluated in subcutaneous and orthotopic PDXs across a range of doses. Response to brigimadlin (2 mg/kg weekly) +/- RT (2 Gy x 10 fractions) was evaluated in orthotopic PDXs. Results: Brigimadlin significantly delayed median time to regrowth of GBM108 ( MDM2amplified) subcutaneous tumors (vs. placebo; p<0.05) at dose levels of 0.25 mg/kg (1.3-fold), 0.5 mg/kg (1.5-fold), 1 mg/kg (2.6-fold), and 2 mg/kg (5.3-fold). A single dose of brigimadlin resulted in corresponding intra-tumoral drug levels 24 hours post-dose: 84 nM (0.25 mg/kg), 175 nM (0.5 mg/kg), 398 nM (1 mg/kg) and 924 nM (2 mg/kg) and dose-dependent upregulation of p53 target genes (p21 and PUMA). In contrast, GBM14 ( MDM2non-amplified) showed regrowth delay (1.6-fold) only at 2 mg/kg (p=0.008). Brigimadlin was highly bound (fraction unbound = 0.0006 in brain; 0.0017 in GBM tumor tissue), and CNS distribution was limited by efflux; in wild-type mice Kp,uu_brain = 0.002 ± 0.003; in Mdr1a/b -/- Bcrp1 -/- mice Kp,uu = 0.043 ± 0.025. Efficacy of brigimadlin was compared in orthotopic GBM108 PDXs grown in athymic nude mice vs. immuno/efflux-deficient (Rag2 -/- Mdr1a -/- Bcrp1 -/- ) mice. In nude mice, median survival was extended at 2 mg/kg brigimadlin (1.4-fold, p=0.009), with corresponding intra-tumoral drug levels of 29 nM. In efflux deficient mice, median survival was extended (p<0.05) at 0.25 mg/kg (1.5-fold), 0.5 mg/kg (1.5-fold), 1 mg/kg (1.8-fold), and 2 mg/kg (>4-fold). Measurement of intra-tumoral drug levels is in progress. In combination with RT in GBM108, brigimadlin (2 mg/kg x 2 weeks) extended median survival vs. vehicle (66 vs. 50 days; p=0.012) and enhanced median survival following RT (128.5 vs. 82 days; p=0.009). In GBM14, 2 mg/kg brigimadlin (2 mg/kg x 12 weeks) extended median survival (39.5 vs. 32.5 days; p=0.0004) and enhanced survival following RT (97 vs. 81 days; p<0.0001). Conclusions: Efficacy of brigimadlin is dependent on adequate CNS delivery. Studies in subcutaneous PDX demonstrated intra-tumoral total drug levels in the mid-nanomolar range provide meaningful tumor effects in a highly sensitive, MDM2 amplified PDX. In orthotopic PDXs with and without MDM2 amplification, brigimadlin provided further benefit in combination with RT. These data support ongoing clinical evaluation of brigimadlin in GBM.