The existence of transiently open states in DNA and synthetic polynucleotide double helices has been demonstrated by hydrogen exchange measurements; base pairs reversibly separate and reclose, exposing nucleotide protons to exchange with solvent protons. Recently it has been possible to define the equilibrium, kinetic, and activation parameters of the major open state that determines base pair hydrogen exchange. However, there is no direct information at the moment about the conformation of the open form. Here we consider the possibility that the low energy and slow opening and closing rates observed reflect a deformation involving several adjacent base pairs. Assuming a mobile open unit capable of diffusing along the double helix, we find that available data are consistent with structures of 10 or so adjacent open pairs. It is further suggested that these structures correspond to thermally induced soliton excitations of the double helix, which retain coherence by sharing the energy of a twist deformation among several base pairs. Solitons are nonlinear excitations that can travel as coherent solitary waves, and have been recognized as an important mechanism for mediating conformational changes in polymers and condensed systems generally. Comparison of the double helix with simple mechanical analogs suggests that soliton excitations may well exist within DNA chains, and the present analysis shows that the hydrogen exchange open state is consistent with these.

Abstract Management of gastrointestinal stromal tumor (GIST) has been revolutionized by the identification of activating mutations in KIT and PDGFRA, and the clinical application of receptor tyrosine kinase (RTK) inhibitors in the advanced disease setting. Stratification of GIST into molecularly defined subsets provides insight into clinical behavior and response to approved targeted therapies. Although these RTK inhibitors are effective in the majority of GIST, resistance to these agents remains a significant clinical problem. Development of effective treatment strategies for refractory GIST subtypes requires identification of novel targets to provide additional therapeutic options. Global kinome profiling has the potential to identify critical signaling networks and reveal protein kinases that are essential in GIST. Using Multiplexed Inhibitor Beads and Mass Spectrometry, we explored the majority of the kinome in GIST specimens from the three most common molecular subtypes to identify novel kinase targets. Kinome profiling revealed distinct signatures in GIST subtypes and identified kinases that are universally activated in all GIST, as well as kinases that are unique to each subtype. Kinome profiling in combination with loss-of-function assays identified a significant role for the G2-M tyrosine kinase, Wee1, in GIST cell survival. In vitro and in vivo studies revealed significant efficacy of MK-1775 (Wee1 inhibitor) in combination with avapritinib in KIT and PDGFRA -mutant GIST cell lines, and notable efficacy of MK-1775 as a single agent in the PDGFRA -mutant line. These studies provide strong preclinical justification for the use of MK-1775 in GIST.

Abstract The majority of gastrointestinal stromal tumor (GIST) patients develop resistance to the first-line KIT inhibitor, imatinib mesylate (IM), through acquisition of secondary mutations in KIT or bypass signaling pathway activation. AKT is a relevant target for inhibition, in addition to KIT, since the PI3K/AKT pathway is crucial for IM-resistant GIST survival. We evaluated the activity of a novel pan-AKT inhibitor, MK-4440 (formerly ARQ 751), as monotherapy and in combination with IM in GIST cell lines and preclinical models with varying IM sensitivities. Dual inhibition of KIT and AKT demonstrated significant synergistic effects in IM-sensitive and -resistant GIST cell lines. Proteomic analyses revealed upregulation of the tumor suppressor, PDCD4, in combination treated cells. Enhanced PDCD4 expression correlated to cell cycle arrest and cell death. In vivo studies revealed superior efficacy of MK-4440/IM combination in an IM-sensitive preclinical model of GIST compared with either single agent. The combination demonstrated limited efficacy in two IM-resistant models, including a GIST patient-derived xenograft model possessing an exon 9 KIT mutation. These studies provide strong rationale for further use of AKT inhibition in combination with IM in primary GIST; however, alternative agents will need to be tested in combination with AKT inhibition in the resistant setting.