Abstract Small-molecule inhibitors of PARP are thought to mediate their antitumor effects as catalytic inhibitors that block repair of DNA single-strand breaks (SSB). However, the mechanism of action of PARP inhibitors with regard to their effects in cancer cells is not fully understood. In this study, we show that PARP inhibitors trap the PARP1 and PARP2 enzymes at damaged DNA. Trapped PARP–DNA complexes were more cytotoxic than unrepaired SSBs caused by PARP inactivation, arguing that PARP inhibitors act in part as poisons that trap PARP enzyme on DNA. Moreover, the potency in trapping PARP differed markedly among inhibitors with niraparib (MK-4827) > olaparib (AZD-2281) >> veliparib (ABT-888), a pattern not correlated with the catalytic inhibitory properties for each drug. We also analyzed repair pathways for PARP–DNA complexes using 30 genetically altered avian DT40 cell lines with preestablished deletions in specific DNA repair genes. This analysis revealed that, in addition to homologous recombination, postreplication repair, the Fanconi anemia pathway, polymerase β, and FEN1 are critical for repairing trapped PARP–DNA complexes. In summary, our study provides a new mechanistic foundation for the rational application of PARP inhibitors in cancer therapy. Cancer Res; 72(21); 5588–99. ©2012 AACR.

Abstract Anti-PARP drugs were initially developed as catalytic inhibitors to block the repair of DNA single-strand breaks. We recently reported that several PARP inhibitors have an additional cytotoxic mechanism by trapping PARP–DNA complexes, and that both olaparib and niraparib act as PARP poisons at pharmacologic concentrations. Therefore, we have proposed that PARP inhibitors should be evaluated based both on catalytic PARP inhibition and PARP–DNA trapping. Here, we evaluated the novel PARP inhibitor, BMN 673, and compared its effects on PARP1 and PARP2 with two other clinical PARP inhibitors, olaparib and rucaparib, using biochemical and cellular assays in genetically modified chicken DT40 and human cancer cell lines. Although BMN 673, olaparib, and rucaparib are comparable at inhibiting PARP catalytic activity, BMN 673 is ∼100-fold more potent at trapping PARP–DNA complexes and more cytotoxic as single agent than olaparib, whereas olaparib and rucaparib show similar potencies in trapping PARP–DNA complexes. The high level of resistance of PARP1/2 knockout cells to BMN 673 demonstrates the selectivity of BMN 673 for PARP1/2. Moreover, we show that BMN 673 acts by stereospecific binding to PARP1 as its enantiomer, LT674, is several orders of magnitude less efficient. BMN 673 is also approximately 100-fold more cytotoxic than olaparib and rucaparib in combination with the DNA alkylating agents methyl methane sulfonate (MMS) and temozolomide. Our study demonstrates that BMN 673 is the most potent clinical PARP inhibitor tested to date with the highest efficiency at trapping PARP–DNA complexes. Mol Cancer Ther; 13(2); 433–43. ©2013 AACR.

We recently showed that poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) inhibitors exert their cytotoxicity primarily by trapping PARP-DNA complexes in addition to their NAD⁺-competitive catalytic inhibitory mechanism. PARP trapping is drug-specific, with olaparib exhibiting a greater ability than veliparib, whereas both compounds are potent catalytic PARP inhibitors. Here, we evaluated the combination of olaparib or veliparib with therapeutically relevant DNA-targeted drugs, including the topoisomerase I inhibitor camptothecin, the alkylating agent temozolomide, the cross-linking agent cisplatin, and the topoisomerase II inhibitor etoposide at the cellular and molecular levels. We determined PARP-DNA trapping and catalytic PARP inhibition in genetically modified chicken lymphoma DT40, human prostate DU145, and glioblastoma SF295 cancer cells. For camptothecin, both PARP inhibitors showed highly synergistic effects due to catalytic PARP inhibition, indicating the value of combining either veliparib or olaparib with topoisomerase I inhibitors. On the other hand, for temozolomide, PARP trapping was critical in addition to catalytic inhibition, consistent with the fact that olaparib was more effective than veliparib in combination with temozolomide. For cisplatin and etoposide, olaparib only showed no or a weak combination effect, which is consistent with the lack of involvement of PARP in the repair of cisplatin- and etoposide-induced lesions. Hence, we conclude that catalytic PARP inhibitors are highly effective in combination with camptothecins, whereas PARP inhibitors capable of PARP trapping are more effective with temozolomide. Our study provides insights in combination treatment rationales for different PARP inhibitors.

Abstract A phase I trial of ABT-888 (veliparib), a PARP inhibitor, in combination with topotecan, a topoisomerase I–targeted agent, was carried out to determine maximum tolerated dose (MTD), safety, pharmacokinetics, and pharmacodynamics of the combination in patients with refractory solid tumors and lymphomas. Varying schedules and doses of intravenous topotecan in combination with ABT-888 (10 mg) administered orally twice a day (BID) were evaluated. Plasma and urine pharmacokinetics were assessed and levels of poly(ADP-ribose) (PAR) and the DNA damage marker γH2AX were measured in tumor and peripheral blood mononuclear cells (PBMC). Twenty-four patients were enrolled. Significant myelosuppression limited the ability to coadminister ABT-888 with standard doses of topotecan, necessitating dose reductions. Preclinical studies using athymic mice carrying human tumor xenografts also informed schedule changes. The MTD was established as topotecan 0.6 mg/m2/d and ABT-888 10 mg BID on days one to five of 21-day cycles. Topotecan did not alter the pharmacokinetics of ABT-888. A more than 75% reduction in PAR levels was observed in 3 paired tumor biopsy samples; a greater than 50% reduction was observed in PBMCs from 19 of 23 patients with measurable levels. Increases in γH2AX response in circulating tumor cells (CTC) and PBMCs were observed in patients receiving ABT-888 with topotecan. We show a mechanistic interaction of a PARP inhibitor, ABT-888, with a topoisomerase I inhibitor, topotecan, in PBMCs, tumor, and CTCs. Results of this trial reveal that PARP inhibition can modulate the capacity to repair topoisomerase I–mediated DNA damage in the clinic. Cancer Res; 71(17); 5626–34. ©2011 AACR.

Anlotinib (AL3818) is a novel multitarget tyrosine kinase inhibitor, inhibiting tumour angiogenesis and proliferative signalling. The objective of this study was to assess the safety and efficacy of third-line anlotinib for patients with refractory advanced non-small-cell lung cancer (RA-NSCLC).Eligible patients were randomised 1 : 1 to receive anlotinib (12 mg per day, per os; days 1-14; 21 days per cycle) or a placebo. The primary end point was progression-free survival (PFS).A total of 117 eligible patients enrolled from 13 clinical centres in China were analysed in the full analysis set. No patients received immune check-point inhibitors and epidermal growth factor receptor status was unknown in 60.7% of the population. PFS was better with anlotinib compared with the placebo (4.8 vs 1.2 months; hazard ratio (HR)=0.32; 95% confidence interval (CI), 0.20-0.51; P<0.0001), as well as overall response rate (ORR) (10.0%; 95% CI, 2.4-17.6% vs 0%; 95% CI, 0-6.27%; P=0.028). The median overall survival (OS) was 9.3 months (95% CI, 6.8-15.1) for the anlotinib group and 6.3 months (95% CI, 4.3-10.5) for the placebo group (HR=0.78; 95% CI, 0.51-1.18; P=0.2316). Adverse events were more frequent in the anlotinib than the placebo group. The percentage of grade 3-4 treatment-related adverse events was 21.67% in the anlotinib group.Anlotinib as a third-line treatment provided significant PFS benefits to patients with RA-NSCLC when compared with the placebo, and the toxicity profiles showed good tolerance.

Squamous cell carcinoma (SCC) is an aggressive epithelial malignancy, yet the molecular mechanisms underlying SCC development are elusive. ARID1A is frequently mutated in various cancer types, but both mutation rates and expression levels of ARID1A are ubiquitously low in SCCs. Here, we reveal that excessive protein degradation mediated by the ubiquitin-proteasome system (UPS) contributes to the loss of ARID1A expression in SCC. We identify that the E3 ligase TRIM32 and the deubiquitinase USP11 play key roles in controlling ARID1A stability. TRIM32 depletion inhibits SCC cell proliferation, metastasis, and chemoresistance by stabilizing ARID1A, while USP11 depletion promotes SCC development by promoting ARID1A degradation. We show that syndecan-2 (SDC2) is the downstream target of both ARID1A and USP11 and that SDC2 depletion abolishes the oncogenic function of ARID1A loss. In summary, our data reveal UPS-mediated protein degradation as a mechanism underlying ARID1A loss and propose an important role for the TRIM32/USP11-ARID1A-SDC2 axis in SCC.

The fluoropyrimidine and platinum-based combination chemotherapy is now widely used as first-line therapy for advanced gastric cancer (AGC). Unfortunately, about half of all patients do not respond to the current first-line chemotherapy and furthermore, most patients who achieve response to first-line chemotherapy eventually experience disease progression. Although there is a need for effective salvage treatment after the failure of first-line chemotherapy, data on the safety and efficacy of second-line treatment in AGC is limited. The current study evaluated an experimental combination regimen of docetaxel (60 mg/m) as an intravenous infusion of less than 1 h, followed by oxaliplatin (130 mg/m) intravenously for less than 2 h. Both drugs were administered on day 1 of a 21-day cycle, in pretreated Chinese patients with AGC. The trial enrolled 48 patients of whom 46 (95.8%) were assessable for response. The median time to progression was 4.4 months (95% confidence interval (CI): 3.4-5.4 months) and the median overall survival was 7.2 months (95% CI: 6.6-12.1 months). Partial response was confirmed in 11 of 48 cases (22.9%; 95% CI: 10.9-34.9%) and no complete responses were seen. Significant hematologic toxicity was noted with grade 3 and grade 4 neutropenia occurring in 21.7 and 4.3% of patients, respectively, as well as grade 3 thrombocytopenia occurring in 4.3% of patients. Grade 3 febrile neutropenia occurred in 6.5% of the patients. There were no treatment-related deaths during on the study. In summary, docetaxel and oxaliplatin have modest activity with predictable hematologic toxicity when given as salvage therapy for Chinese patients treated earlier for AGC. Given the short duration of response more focus should be given to newer biologic agents and triplet regimens.