In addition to central functions in cell adhesion signalling, integrin-associated proteins have wider roles at sites distal to adhesion receptors. In experimentally defined adhesomes, we noticed that there is clear enrichment of proteins that localise to the nucleus, and conversely, we now report that nuclear proteomes contain a class of adhesome components that localise to the nucleus. We here defined a nucleo-adhesome, providing experimental evidence for a remarkable scale of nuclear localisation of adhesion proteins, establishing a framework for interrogating nuclear adhesion protein functions. In adding to nuclear FAK’s known roles in regulating transcription, we now show that nuclear FAK regulates expression of many adhesion-related proteins that localise to the nucleus and that nuclear FAK binds to the adhesome component and nuclear protein Hic-5. FAK and Hic-C work together in the nucleus, co-regulating a subset of genes transcriptionally. We describe the first nucleo-adhesome using a squamous cancer cell model, and demonstrate the new principle that there are nuclear adhesion protein subcomplexes that cooperate to control transcription.

Reverse-phase protein array (RPPA) technology uses panels of high-specificity antibodies to measure proteins and protein post-translational modifications in cells and tissues. The approach offers sensitive and precise quantification of large numbers of samples and has thus found applications in the analysis of clinical and pre-clinical samples. For effective integration into drug development and clinical practice, robust assays with consistent results are essential. Leveraging a collaborative RPPA model, we set out to assess the variability between three different RPPA platforms using distinct instrument set-ups and workflows. Employing multiple RPPA-based approaches operated across distinct laboratories, we characterised a range of human breast cancer cells and their protein-level responses to two clinically relevant cancer drugs. We integrated multi-platform RPPA data and used unsupervised learning to identify protein expression and phosphorylation signatures that were not dependent on RPPA platform and analysis workflow. Our findings indicate that proteomic analyses of cancer cell lines using different RPPA platforms can identify concordant profiles of response to pharmacological inhibition, including when using different antibodies to measure the same target antigens. These results highlight the robustness and the reproducibility of RPPA technology and its capacity to identify protein markers of disease or response to therapy.

We mutated the Focal Adhesion Kinase (FAK) catalytic domain to inhibit binding of the chaperone, Cdc37 and ATP, mimicking the actions of a FAK kinase inhibitor. We re-expressed mutant and wild-type FAK in squamous cell carcinoma (SCC) cells from which endogenous FAK had been deleted, genetically fixing one axis of a FAK inhibitor combination high-content phenotypic screen to discover drugs that may synergize with FAK inhibitors. HDAC inhibitors represented the major class of compounds that potently induced multi-parametric phenotypic changes when FAK was rendered kinase-defective, or inhibited pharmacologically in SCC cells. Indeed, combined FAK and HDAC inhibitors arrest proliferation and induce apoptosis in a sub-set of cancer cell lines in vitro and efficiently inhibits tumor growth in vivo. Mechanistically, HDAC inhibitors potentiate inhibitor-induced FAK inactivation and reverses FAK-associated nuclear YAP in sensitive cancer cell lines. Here we report the discovery of a new clinically actionable synergistic combination between FAK and HDAC inhibitors.

Continuing recalcitrance to therapy cements pancreatic cancer (PC) as the most lethal malignancy, which is set to become the second leading cause of cancer death in our society. We interrogated the transcriptome, genome, proteome and functional characteristics of 61 novel PC patient-derived cell lines to define novel therapeutic strategies targeting the DNA damage response (DDR) and replication stress. We show that patient-derived cell lines faithfully recapitulate the epithelial component of pancreatic tumors including previously described molecular subtypes. Biomarkers of DDR deficiency, including a novel signature of homologous recombination deficiency, co-segregates with response to platinum and PARP inhibitor therapy in vitro and in vivo. We generated a novel signature of replication stress with potential clinical utility in predicting response to ATR and WEE1 inhibitor treatment. Replication stress and DDR deficiency are independent of each other, creating opportunities for therapy in DDR proficient PC, and post-platinum therapy.

Abstract Focal adhesion kinase (FAK) localizes to focal adhesions and is overexpressed in many cancers. FAK can also translocate to the nucleus, where it binds to, and regulates, several transcription factors, including MBD2, p53 and IL-33, to control gene expression by unknown mechanisms. We have used ATAC-seq to reveal that FAK controls chromatin accessibility at a subset of regulated genes. Integration of ATAC-seq and RNA-seq data showed that FAK-dependent chromatin accessibility is linked to differential gene expression, including of the FAK-regulated cytokine and transcriptional regulator interleukin-33 ( Il33 ), which controls anti-tumor immunity. Analysis of the accessibility peaks on the Il33 gene promoter/enhancer regions revealed sequences for several transcription factors, including ETS and AP-1 motifs, and we show that c-Jun, a component of AP-1, regulates Il33 gene expression by binding to its enhancer in a FAK kinase-dependent manner. This work provides the first demonstration that FAK controls transcription via chromatin accessibility, identifying a novel mechanism by which nuclear FAK regulates biologically important gene expression.

Among the technologies available for protein biomarker discovery and validation, reverse-phase protein array (RPPA) benefits from unequalled sample throughput. Panels of high-quality antibodies enable the quantification by RPPA of protein abundance and posttranslational modifications in biological specimens with high precision and sensitivity. Incorporation of RPPA technology into clinical and drug development pipelines requires robust assays that generate reproducible results across multiple laboratories. We implemented the first international multicenter pilot study to investigate RPPA workflow variability. We characterized the proteomic responses of a series of breast cancer cells to two cancer drugs. This analysis quantified 86,832 sample spots, representing 108 biological samples, arrayed at three independent RPPA platforms. This unique integrated set of data is publicly available as a resource to the proteomic and cancer research communities to catalyse further analysis and investigation. We anticipate that this dataset will form a reference for the comparison of RPPA workflows and reagents, which can be expanded in the future, and will aid the identification of platform-robust treatment-marker antigens in breast cancer cells.

Abstract Metastatic melanoma remains a major clinical challenge. Large-scale genomic sequencing of melanoma has identified bona fide activating mutations in RAC1 , with mutations of its upstream regulator, the RAC-GEF PREX2 , also commonly detected. Crucially, RAC1 mutations are associated with resistance to BRAF-targeting therapies. Despite the role of its homologue PREX1 in melanomagenesis, and evidence that some truncating PREX2 mutations drive increased RAC1 activity, no hotspot mutations have been identified, and the impact of PREX2 mutation remains contentious. Here, we use genetically engineered mouse models and patient-derived BRAFV600E-driven melanoma cell lines to dissect the role of PREX2 in melanomagenesis and response to therapy. We show that while PREX2 is dispensable for the initiation and progression of melanoma, its loss confers sensitivity to clinically relevant therapeutics. Importantly, genetic and pharmacological targeting of the RAC1 effector kinase PI3Kβ phenocopies PREX2 loss, sensitizing our model systems to therapy. Our data reveal a druggable PREX2/RAC1/PI3Kβ signalling axis in BRAF -mutant melanoma that could be exploited clinically. Statement of Significance Metastatic melanoma remains both a clinical problem, and an opportunity for therapeutic benefit. Co-targeting of the MAPK pathway and the PREX2/RAC1/PI3Kβ has remarkable efficacy and outperforms monotherapy MAPK targeting in vivo .