B-cell lymphoma extra large (BCL-XL) is a well-validated cancer target. However, the on-target and dose-limiting thrombocytopenia limits the use of BCL-XL inhibitors, such as ABT263, as safe and effective anticancer agents. To reduce the toxicity of ABT263, we converted it into DT2216, a BCL-XL proteolysis-targeting chimera (PROTAC), that targets BCL-XL to the Von Hippel-Lindau (VHL) E3 ligase for degradation. We found that DT2216 was more potent against various BCL-XL-dependent leukemia and cancer cells but considerably less toxic to platelets than ABT263 in vitro because VHL is poorly expressed in platelets. In vivo, DT2216 effectively inhibits the growth of several xenograft tumors as a single agent or in combination with other chemotherapeutic agents, without causing appreciable thrombocytopenia. These findings demonstrate the potential to use PROTAC technology to reduce on-target drug toxicities and rescue the therapeutic potential of previously undruggable targets. Furthermore, DT2216 may be developed as a safe first-in-class anticancer agent targeting BCL-XL.

Accumulating evidence indicates that senescent cells play an important role in many age-associated diseases. The pharmacological depletion of senescent cells (SCs) with a "senolytic agent", a small molecule that selectively kills SCs, is a potential novel therapeutic approach for these diseases. Recently, we discovered ABT-263, a potent and highly selective senolytic agent, by screening a library of rationally-selected compounds. With this screening approach, we also identified a second senolytic agent called piperlongumine (PL). PL is a natural product that is reported to have many pharmacological effects, including anti-tumor activity. We show here that PL preferentially killed senescent human WI-38 fibroblasts when senescence was induced by ionizing radiation, replicative exhaustion, or ectopic expression of the oncogene Ras. PL killed SCs by inducing apoptosis, and this process did not require the induction of reactive oxygen species. In addition, we found that PL synergistically killed SCs in combination with ABT-263, and initial structural modifications to PL identified analogs with improved potency and/or selectivity in inducing SC death. Overall, our studies demonstrate that PL is a novel lead for developing senolytic agents.

Abstract Small molecules that selectively kill senescent cells (SCs), termed senolytics, have the potential to prevent and treat various age-related diseases and extend healthspan. The use of Bcl-xl inhibitors as senolytics is largely limited by their on-target and dose-limiting platelet toxicity. Here, we report the use of proteolysis-targeting chimera (PROTAC) technology to reduce the platelet toxicity of navitoclax (also known as ABT263), a Bcl-2 and Bcl-xl dual inhibitor, by converting it into PZ15227 (PZ), a Bcl-xl PROTAC, which targets Bcl-xl to the cereblon (CRBN) E3 ligase for degradation. Compared to ABT263, PZ is less toxic to platelets, but equally or slightly more potent against SCs because CRBN is poorly expressed in platelets. PZ effectively clears SCs and rejuvenates tissue stem and progenitor cells in naturally aged mice without causing severe thrombocytopenia. With further improvement, Bcl-xl PROTACs have the potential to become safer and more potent senolytic agents than Bcl-xl inhibitors.

SUMMARY PROteolysis Targeting Chimeras (PROTACs) are bifunctional molecules that degrade target proteins through recruiting E3 ligases. However, their application is limited in part because few E3 ligases can be recruited by known E3 ligase ligands. In this study, we identified piperlongumine (PL), a natural product, as a covalent E3 ligase recruiter, which induces CDK9 degradation when it is conjugated with SNS-032, a CDK9 inhibitor. The lead conjugate 955 can potently degrade CDK9 in a ubiquitin-proteasome-dependent manner and is much more potent than SNS-032 against various tumor cells in vitro . Mechanistically, we identified KEAP1 as the E3 ligase recruited by 955 to degrade CDK9 through a TurboID-based proteomics study, which was further confirmed by KEAP1 knockout and the nanoBRET ternary complex formation assay. In addition, PL-Ceritinib conjugate can degrade EML4-ALK fusion oncoprotein, suggesting that PL may have a broader application as a covalent E3 ligase ligand in targeted protein degradation.

Most of the species in Paris have important medicinal values in China. Polyphyllins are the key components in Paris, with varying levels and compositions among different species. This study investigated polyphyllin compositions of 206 Paris samples from 16 different producing areas. 9 Paris polyphylla var. yunnanensis, 3 Paris fargesii, and 3 Paris forrestii were selected based on polyphyllin levels and composition for metabolome and transcriptome analysis. A total of 1,243 metabolites were identified among these samples, along with 92.11 Gb of full-length transcriptome data. This study provides potential candidate genes involved in polyphyllins synthesis in Paris, aiming to facilitate the biosynthesis of different polyphyllins.

ABSTRACT Small-cell lung cancer (SCLC) is an aggressive malignancy with limited therapeutic options. The dismal prognosis in SCLC is in part associated with an upregulation of BCL-2 family anti-apoptotic proteins, including BCL-X L and MCL-1. Unfortunately, the currently available inhibitors of BCL-2 family anti-apoptotic proteins, except BCL-2 inhibitors, are not clinically relevant because of various on-target toxicities. We, therefore, aimed to develop an effective and safe strategy targeting these anti-apoptotic proteins with DT2216 (our platelet-sparing BCL-X L degrader) and AZD8055 (an mTOR inhibitor) to avoid associated on-target toxicities while synergistically optimizing tumor response. Through BH3 mimetic screening, we identified a subset of SCLC cell lines that is co-dependent on BCL-X L and MCL-1. After screening inhibitors of selected tumorigenic pathways, we found that AZD8055 selectively downregulates MCL-1 in SCLC cells and its combination with DT2216 synergistically killed BCL-X L /MCL-1 co-dependent SCLC cells, but not normal cells. Mechanistically, the combination caused BCL-X L degradation and suppression of MCL1 expression, and thus disrupted MCL-1 interaction with BIM leading to an enhanced apoptotic induction. In vivo , DT2216+AZD8055 combination significantly inhibited the growth of cell line-derived and patient-derived xenografts and reduced tumor burden accompanied with extended survival in a genetically-engineered mouse (GEM) model of SCLC without causing significant thrombocytopenia or other normal tissue injury. Thus, these preclinical findings lay a strong foundation for future clinical studies to test DT2216+mTOR inhibitor combination in a subset of SCLC patients whose tumors are co-driven by BCL-X L and MCL-1.

Abstract Fragment-based drug discovery begins with the identification of small molecules with a molecular weight of usually less than 250 Da that weakly bind to the protein of interest. This technique is challenging for computational docking methods as binding is determined by only a few specific interactions. Inaccuracies in the energy function or slight deviations in the docking pose can lead to the prediction of incorrect binding or difficulties in ranking fragments in in silico screening. Here we test RosettaLigand by docking a series of fragments to a cysteine-depleted variant of the TIM-barrel protein, HisF. We compare the computational results with experimental NMR spectroscopy screens. NMR spectroscopy gives details on binding affinities of individual ligands, which allows assessment of the ligand-ranking ability by RosettaLigand, and also provides feedback on the location of the binding pocket, which serves as a reliable test of RosettaLigand’s ability to identify plausible binding poses. From a library screen of 3456 fragments, we identified a set of 31 ligands with intrinsic affinities to HisF with dissociation constants as low as 400 µM. The same library of fragments was blindly screened in silico . RosettaLigand was able to rank binders before non-binders with an area under the curve (AUC) of the receiver operating characteristics (ROC) of 0.74. The docking poses observed for binders agreed with the binding pocket identified by NMR chemical shift perturbations for all fragments. Taken together, these results provide a baseline performance of RosettaLigand in a fragment-based drug discovery setting.

Abstract Spatial localization ability is crucial for free-living animals to fit the environment. As shown by previous studies, planarians can be conditioned to discriminate directions. However, due to their simplicity and primitiveness, they had never been considered to have true spatial localization ability to retrieve locations of objects and places in the environment. Here, we introduce a light maze training paradigm to demonstrate that a planarian worm can navigate to a former recognized place from the start point, even if the worm is transferred into a newly produced maze. This finding identifies the spatial localization ability of planarians for the first time, which provides clues for the evolution of spatial learning. Since the planarians have a primitive brain with simple structures, this paradigm can also provide a simplified model for a detailed investigation of spatial learning.

A multiplex assay of mycotoxins in food and medicine is urgently needed and challenging due to synergistic hazards of trace mycotoxins and a lack of sensitive and user-friendly detection approaches. Herein, a cobalt DNA-inorganic hybrid superstructure (Co@DS) was developed through isothermal rolling circle amplification (RCA) for an ultrasensitive chemiluminescence (CL) imaging assay of multiple mycotoxins. Cobalt ions were enriched in the RCA product, endowing the Co@DS with a high CL catalytic property. Experimental studies elucidated the formation and CL catalytic mechanism of Co@DS. Co@DS was facilely integrated with biotinylated DNA to function as a universal platform and combined with a disposable immunosensor array chip. After a competitive immunoassay and biotin-avidin recognition, the CL signals of luminol and hydrogen peroxide, catalyzed by Co@DS captured on each testing zone of the array chip, were imaged simultaneously. Target mycotoxins can be quantitated by CL intensities. To validate the concept, the CL imaging approach was employed for joint determination of aflatoxin B