PLX4032, a small-molecule inhibitor being developed by Plexxikon of California and Roche Pharmaceuticals in New Jersey ( http://go.nature.com/QnVGQx ), selectively targets B-RAFV600E, a mutant form of the B-RAF protein kinase common in several human cancers. In this issue of Nature, Gideon Bollag and colleagues report promising results for PLX4032 in an early clinical trial in melanoma patients who carry this B-RAF mutation. They also describe the structure and function of PLX4032 and present translational data from a phase I trial to show that clinical efficacy requires a drug concentration that is sufficient to cause a substantial degree of inhibition of the ERK pathway downstream of B-RAF. The study demonstrates how the design of early clinical trials based on the biological mechanisms underlying tumour formation has the potential to speed up the process by which anticancer drugs can reach the clinic. PLX4032 is a selective inhibitor of the B-RAF protein that has shown promising results in an early clinical trial in melanoma patients with an activating mutation in B-RAF. Now the structure and function of this inhibitor are described. Translational data from a phase I trial show that clinical efficacy requires a substantial degree of inhibition of the ERK pathway downstream of B-RAF. The data also show that BRAF-mutant melanomas are highly dependent on B-RAF activity. B-RAF is the most frequently mutated protein kinase in human cancers1. The finding that oncogenic mutations in BRAF are common in melanoma2, followed by the demonstration that these tumours are dependent on the RAF/MEK/ERK pathway3, offered hope that inhibition of B-RAF kinase activity could benefit melanoma patients. Herein, we describe the structure-guided discovery of PLX4032 (RG7204), a potent inhibitor of oncogenic B-RAF kinase activity. Preclinical experiments demonstrated that PLX4032 selectively blocked the RAF/MEK/ERK pathway in BRAF mutant cells and caused regression of BRAF mutant xenografts4. Toxicology studies confirmed a wide safety margin consistent with the high degree of selectivity, enabling Phase 1 clinical trials using a crystalline formulation of PLX4032 (ref. 5). In a subset of melanoma patients, pathway inhibition was monitored in paired biopsy specimens collected before treatment initiation and following two weeks of treatment. This analysis revealed substantial inhibition of ERK phosphorylation, yet clinical evaluation did not show tumour regressions. At higher drug exposures afforded by a new amorphous drug formulation4,5, greater than 80% inhibition of ERK phosphorylation in the tumours of patients correlated with clinical response. Indeed, the Phase 1 clinical data revealed a remarkably high 81% response rate in metastatic melanoma patients treated at an oral dose of 960 mg twice daily5. These data demonstrate that BRAF-mutant melanomas are highly dependent on B-RAF kinase activity.

BRAF V600E is the most frequent oncogenic protein kinase mutation known. Furthermore, inhibitors targeting “active” protein kinases have demonstrated significant utility in the therapeutic repertoire against cancer. Therefore, we pursued the development of specific kinase inhibitors targeting B-Raf, and the V600E allele in particular. By using a structure-guided discovery approach, a potent and selective inhibitor of active B-Raf has been discovered. PLX4720, a 7-azaindole derivative that inhibits B-Raf V600E with an IC 50 of 13 nM, defines a class of kinase inhibitor with marked selectivity in both biochemical and cellular assays. PLX4720 preferentially inhibits the active B-Raf V600E kinase compared with a broad spectrum of other kinases, and potent cytotoxic effects are also exclusive to cells bearing the V600E allele. Consistent with the high degree of selectivity, ERK phosphorylation is potently inhibited by PLX4720 in B-Raf V600E -bearing tumor cell lines but not in cells lacking oncogenic B-Raf. In melanoma models, PLX4720 induces cell cycle arrest and apoptosis exclusively in B-Raf V600E -positive cells. In B-Raf V600E -dependent tumor xenograft models, orally dosed PLX4720 causes significant tumor growth delays, including tumor regressions, without evidence of toxicity. The work described here represents the entire discovery process, from initial identification through structural and biological studies in animal models to a promising therapeutic for testing in cancer patients bearing B-Raf V600E -driven tumors.

Cutaneous squamous-cell carcinomas and keratoacanthomas are common findings in patients treated with BRAF inhibitors.

Abstract Many risk genes for the development of Alzheimer’s disease (AD) are exclusively or highly expressed in myeloid cells. Microglia are dependent on colony-stimulating factor 1 receptor (CSF1R) signaling for their survival. We designed and synthesized a highly selective brain-penetrant CSF1R inhibitor (PLX5622) allowing for extended and specific microglial elimination, preceding and during pathology development. We find that in the 5xFAD mouse model of AD, plaques fail to form in the parenchymal space following microglial depletion, except in areas containing surviving microglia. Instead, Aβ deposits in cortical blood vessels reminiscent of cerebral amyloid angiopathy. Altered gene expression in the 5xFAD hippocampus is also reversed by the absence of microglia. Transcriptional analyses of the residual plaque-forming microglia show they exhibit a disease-associated microglia profile. Collectively, we describe the structure, formulation, and efficacy of PLX5622, which allows for sustained microglial depletion and identify roles of microglia in initiating plaque pathogenesis.

Using proviral tagging in combination with in vitro selection for invasiveness, we have identified a gene, designated Tiam-1, that affects invasion. In the selected invasive T lymphoma variants, proviral insertions were found within coding exons of the Tiam-1 gene, resulting in both truncated 5′-end and 3′-end transcripts that give rise to N- and C-terminal Tiam-1 protein fragments. In one invasive variant, amplification of the Tiam-1 locus was observed with concomitant increase in the amount of normal Tiam-1 protein. Cell clones that were invasive in vitro produced experimental metastases in nude mice, and transfection of truncated Tiam-1 cDNAs into noninvasive cells made these cells invasive. The predicted Tiam-1 protein harbors a Dbl- and Pleckstrin-homologous domain, which it shares with GDP-GTP exchangers for Rho-like proteins that have been implicated in cytoskeletal organization.

Expression of the colony-stimulating factor 1 (CSF1) gene is elevated in most tenosynovial giant-cell tumors. This observation has led to the discovery and clinical development of therapy targeting the CSF1 receptor (CSF1R).Using x-ray co-crystallography to guide our drug-discovery research, we generated a potent, selective CSF1R inhibitor, PLX3397, that traps the kinase in the autoinhibited conformation. We then conducted a multicenter, phase 1 trial in two parts to analyze this compound. In the first part, we evaluated escalations in the dose of PLX3397 that was administered orally in patients with solid tumors (dose-escalation study). In the second part, we evaluated PLX3397 at the chosen phase 2 dose in an extension cohort of patients with tenosynovial giant-cell tumors (extension study). Pharmacokinetic and tumor responses in the enrolled patients were assessed, and CSF1 in situ hybridization was performed to confirm the mechanism of action of PLX3397 and that the pattern of CSF1 expression was consistent with the pathological features of tenosynovial giant-cell tumor.A total of 41 patients were enrolled in the dose-escalation study, and an additional 23 patients were enrolled in the extension study. The chosen phase 2 dose of PLX3397 was 1000 mg per day. In the extension study, 12 patients with tenosynovial giant-cell tumors had a partial response and 7 patients had stable disease. Responses usually occurred within the first 4 months of treatment, and the median duration of response exceeded 8 months. The most common adverse events included fatigue, change in hair color, nausea, dysgeusia, and periorbital edema; adverse events rarely led to discontinuation of treatment.Treatment of tenosynovial giant-cell tumors with PLX3397 resulted in a prolonged regression in tumor volume in most patients. (Funded by Plexxikon; ClinicalTrials.gov number, NCT01004861.).

Abstract

 ONYX-015 is an adenovirus that lacks the E1B-55K gene product for p53 degradation. Thus, ONYX-015 was conceived as an oncolytic virus that would selectively replicate in p53-defective tumor cells. Here we show that loss of E1B-55K leads to the induction, but not the activation, of p53 in ONYX-015-infected primary cells. We use a novel adenovirus mutant, ONYX-053, to demonstrate that loss of E1B-55K-mediated late viral RNA export, rather than p53 degradation, restricts ONYX-015 replication in primary cells. In contrast, we show that tumor cells that support ONYX-015 replication provide the RNA export function of E1B-55K. These data reveal that tumor cells have altered mechanisms for RNA export and resolve the controversial role of p53 in governing ONYX-015 oncolytic selectivity.