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Zebrafish drug screening identifies Erlotinib as an inhibitor of Wnt/β-catenin signaling and self-renewal in T-cell acute lymphoblastic leukemia - 05/01/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.116013 
Majd A. Al-Hamaly a, b, 1, Anna H. Cox c, d, 1, Meghan G. Haney e, Wen Zhang d, Emma C. Arvin d, Shilpa Sampathi d, Mary Wimsett e, Chunming Liu b, d, Jessica S. Blackburn b, d,
a Pharmacology and Nutritional Sciences, University of Kentucky, Lexington, KY 40356, United States 
b Markey Cancer Center, University of Kentucky, Lexington, KY 40536, United States 
c College of Medicine, University of Kentucky, Lexington, KY 40536, United States 
d Molecular and Cellular Biochemistry, University of Kentucky, Lexington, KY 40356, United States 
e Cincinnati Children’s Hospital Medical Center, Cincinnati, OH 45229, United States 

Correspondence to: University of Kentucky, 741 S. Limestone St. BBSRB 271, Lexington, KY 40536, United States.University of Kentucky741 S. Limestone St. BBSRB 271LexingtonKY40536United States

Abstract

The Wnt/β-catenin pathway’s significance in cancer initiation, progression, and stem cell biology underscores its therapeutic potential. However, the clinical application of Wnt inhibitors remains limited due to challenges posed by off-target effects and complex cross-talk of Wnt signaling with other pathways. In this study, we leveraged a zebrafish model to perform a robust and rapid drug screening of 773 FDA-approved compounds to identify Wnt/β-catenin inhibitors with minimal toxicity. Utilizing zebrafish expressing a Wnt reporter, we identified several drugs that suppressed Wnt signaling without compromising zebrafish development. The efficacy of the top hit, Erlotinib, extended to human cells, where it blocked Wnt/β-catenin signaling downstream of the destruction complex. Notably, Erlotinib treatment reduced self-renewal in human T-cell Acute Lymphoblastic Leukemia cells, which rely on active β-catenin signaling for maintenance of leukemia-initiating cells. Erlotinib also reduced leukemia-initiating cell frequency and delayed disease formation in zebrafish models. This study underscores zebrafish’s translational potential in drug discovery and repurposing and highlights a new use for Erlotinib as a Wnt inhibitor for cancers driven by aberrant Wnt/β-catenin signaling.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

Zebrafish assays streamline drug screening pipelines.
Erlotinib was found to inhibit Wnt signaling in zebrafish and human cells.
Erlotinib reduces self-renewal of leukemia initiating cells in T-ALL.
Drug repurposing can be a successful strategy to inhibit self-renewal in cancer

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Abbreviations : ADP, AMP, AMPK, ANOVA, APC, ATP, β-Catenin, CSC, DMSO, Dvl, EDTA, EGFR, ELDA, EMEM, ETC, FACS, FBS, FDA, FITC, Fzd, GFP, GSK3β, HEPES, hpf, IACUC, LDA, LEF, LIC, LiCL, LP Sampler, MRD, PBS, p- β-catenin, RT-qPCR, T-ALL, TCF, VAST, Wnt

Keywords : Drug repurposing, FDA-approved, Drug screen, Cancer stem cells, Leukemia initiating cells, T-ALL


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