Heterobifunctional proteolysis-targeting chimeric compounds leverage the activity of E3 ligases to induce degradation of target oncoproteins and exhibit potent preclinical antitumor activity. To dissect the mechanisms regulating tumor cell sensitivity to different classes of pharmacological "degraders" of oncoproteins, we performed genome-scale CRISPR-Cas9-based gene editing studies. We observed that myeloma cell resistance to degraders of different targets (BET bromodomain proteins, CDK9) and operating through CRBN (degronimids) or VHL is primarily mediated by prevention of, rather than adaptation to, breakdown of the target oncoprotein; and this involves loss of function of the cognate E3 ligase or interactors/regulators of the respective cullin-RING ligase (CRL) complex. The substantial gene-level differences for resistance mechanisms to CRBN- versus VHL-based degraders explains mechanistically the lack of cross-resistance with sequential administration of these two degrader classes. Development of degraders leveraging more diverse E3 ligases/CRLs may facilitate sequential/alternating versus combined uses of these agents toward potentially delaying or preventing resistance.

Abstract Protein kinases are highly tractable targets for drug discovery. However, the biological function and therapeutic potential of the majority of the 500+ human protein kinases remains unknown. We have developed physical and virtual collections of small molecule inhibitors, which we call chemogenomic sets, that are designed to inhibit the catalytic function of almost half the human protein kinases. In this manuscript we share our progress towards generation of a comprehensive kinase chemogenomic set (KCGS), release kinome profiling data of a large inhibitor set (Published Kinase Inhibitor Set 2 (PKIS2)), and outline a process through which the community can openly collaborate to create a KCGS that probes the full complement of human protein kinases.

Abstract Viral genetic diversity presents significant challenges in developing antivirals with broad-spectrum activity and high barriers to resistance. Here we report development of proteolysis targeting chimeras (PROTACs) targeting the dengue virus envelope (E) protein through coupling of known E fusion inhibitors to ligands of the CRL4 CRBN E3 ubiquitin ligase. The resulting small molecules block viral entry through inhibition of E-mediated membrane fusion and interfere with viral particle production by depleting intracellular E in infected Huh 7.5 cells. This activity is retained in the presence of point mutations previously shown to confer partial resistance to the parental inhibitors due to decreased inhibitor-binding. The E PROTACs also exhibit broadened spectrum of activity compared to the parental E inhibitors against a panel of mosquito-borne flaviviruses. These findings encourage further exploration of targeted protein degradation as a differentiated and potentially advantageous modality for development of broad-spectrum direct-acting antivirals.

Abstract Gastric cancer (GC) is the 3rd leading cause of cancer mortality worldwide, therefore providing novel diagnostic and treatment options is crucial for at risk groups. The serine/threonine kinase doublecortin-like kinase 1 (DCLK1) is a proposed driver of GC with frequent amplification and somatic missense mutations yet the molecular mechanism how DCLK1 mediates tumorigenesis is poorly understood. We report how DCLK1 expression orchestrates complementary cancer cell intrinsic and extrinsic processes leading to a comprehensive pro-invasive and pro-metastatic reprogramming of cancer cells and tumor stroma in a DCLK1 kinase-dependent manner. Mechanistically, we identify the chemokine CXCL12 as a key promoter of the pro-tumorigenic properties downstream of DCLK1. Importantly, inhibition of the DCLK1 kinase domain reverses the pro-tumorigenic and pro-metastatic phenotype. Together, this study establishes DCLK1 as a promising, targetable master regulator of GC. Teaser DCLK1 is a druggable cancer driver of GC

ABSTRACT Protein kinases are disease drivers whose therapeutic targeting traditionally centers on inhibition of enzymatic activity. Here chemically induced proximity is leveraged to convert kinase inhibitors into context-specific activators of therapeutic genes. Bivalent molecules that link ligands of the transcription factor B-cell lymphoma 6 (BCL6) to ATP-competitive inhibitors of cyclin-dependent kinases (CDKs) were developed to re-localize CDK to BCL6-bound loci on chromatin and direct phosphorylation of RNA Pol II. The resulting BCL6-target proapoptotic gene expression translated into killing of diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) cells at 72 h with EC50s of 0.9 – 10 nM and highly specific ablation of the BCL6-regulated germinal center response in mice. The molecules exhibited 10,000-fold lower cytotoxicity in normal lymphocytes and are well tolerated in mice. Genomic and proteomic evidence corroborated a gain-of-function mechanism where, instead of global enzyme inhibition, a fraction of total kinase activity is borrowed and re-localized to BCL6-bound loci. The strategy demonstrates how kinase inhibitors can be used to context-specifically activate transcription, accessing new therapeutic space.

Abstract Amplification and/or overexpression of the PAK1 gene is common in several malignancies, and inhibition of PAK1 by small molecules has been shown to impede the growth and survival of such cells. Potent inhibitors of PAK1 and its close relatives, PAK2, and PAK3, have been described, but clinical development has been hindered by recent findings that PAK2 function is required for normal cardiovascular function in adult mice. A unique allosteric PAK1-selective inhibitor, NVS-PAK1-1, provides a potential path forward, but has relatively modest potency in cells. Here, we report the development of BJG-05-039, a PAK1-seletive degrader consisting of the allosteric PAK1 inhibitor NVS-PAK1-1 conjugated to lenalidomide, a recruiter of the E3 ubiquitin ligase substrate adaptor Cereblon (CRBN). BJG-05-039 induced degradation of PAK1, but not PAK2, and displayed enhanced anti-proliferative effects relative to its parent compound in PAK1-dependent, but not PAK2-dependent, cell lines. Notably, BJG-05-039 promoted sustained PAK1 degradation and inhibition of downstream signaling effects at ten-fold lower dosage than NVS-PAK1-1. Our findings suggest that selective PAK1 degradation may confer more potent pharmacological effects compared with catalytic inhibition and highlight the potential advantages of PAK1-targeted degradation.

Abstract Molecular glues are proximity-inducing small molecules that have emerged as an attractive therapeutic approach. However, developing molecular glues remains challenging, requiring innovative mechanistic strategies to stabilize neoprotein interfaces and expedite discovery. Here we unveil a trans -labeling covalent molecular glue mechanism, termed ‘template-assisted covalent modification’. We identified a new series of BRD4 molecular glue degraders that recruit CUL4 DCAF16 ligase to the second bromodomain of BRD4 (BRD4 BD2 ). Through comprehensive biochemical, structural and mutagenesis analyses, we elucidated how pre-existing structural complementarity between DCAF16 and BRD4 BD2 serves as a template to optimally orient the degrader for covalent modification of DCAF16 Cys58 . This process stabilizes the formation of BRD4–degrader–DCAF16 ternary complex and facilitates BRD4 degradation. Supporting generalizability, we found that a subset of degraders also induces GAK–BRD4 BD2 interaction through trans -labeling of GAK. Together, our work establishes ‘template-assisted covalent modification’ as a mechanism for covalent molecular glues, which opens a new path to proximity-driven pharmacology.

Abstract Targeted protein degradation has been widely adopted as a new approach to eliminate both established and previously recalcitrant therapeutic targets. Here, it is reported that the development of small molecule degraders of the envelope (E) protein of dengue virus. Two classes of bivalent E‐degraders are developed by linking two previously reported E‐binding small molecules, GNF‐2, and CVM‐2‐12‐2, to a glutarimide‐based recruiter of the CRL4 CRBN ligase to effect proteosome‐mediated degradation of the E protein. ZXH‐2‐107 (based on GNF‐2) is an E‐degrader with ABL inhibitory activity while ZXH‐8‐004 (based on CVM‐2‐12‐2) is a selective and potent E‐degrader. These two compounds provide proof of concept that difficult‐to‐drug targets such as a viral envelope protein can be effectively eliminated using a bivalent degrader and provide starting points for the future development of a new class of direct‐acting antiviral drugs.

Epidermal growth factor receptor (EGFR) tyrosine kinase inhibitors (TKIs) have provided successful targeted therapies for patients with EGFR-mutant non-small-cell lung cancer (NSCLC). Osimertinib (AZD9291) is a third-generation irreversible EGFR TKI that has received regulatory approval for overcoming resistance mediated by the EGFR T790M mutation as well as a first-line treatment targeting EGFR activating mutations. However, a significant fraction of patients cannot tolerate the adverse effect associated with AZD9291. In addition, brain metastases are common in patients with NSCLN and remain a major clinical challenge. Here, we report the development of a novel third-generation EGFR TKI, CM93. Compared to AZD9291, CM93 exhibits improved lung cancer targeting and brain penetration and has demonstrated promising antitumor efficacy in mouse models of both EGFR-mutant NSCLC orthotopic and brain metastases. In addition, we find that CM93 confers superior safety benefits in mice. Our results demonstrate that further evaluations of CM93 in clinical studies for patients with EGFR-mutant NSCLC and brain metastases are warranted.