Abstract Acquired drug resistance to even the most effective anti-cancer targeted therapies remains an unsolved clinical problem. Although many drivers of acquired drug resistance have been identified 1‒6 , the underlying molecular mechanisms shaping tumor evolution during treatment are incompletely understood. The extent to which therapy actively drives tumor evolution by promoting mutagenic processes 7 or simply provides the selective pressure necessary for the outgrowth of drug-resistant clones 8 remains an open question. Here, we report that lung cancer targeted therapies commonly used in the clinic induce the expression of cytidine deaminase APOBEC3A (A3A), leading to sustained mutagenesis in drug-tolerant cancer cells persisting during therapy. Induction of A3A facilitated the formation of double-strand DNA breaks (DSBs) in cycling drug-treated cells, and fully resistant clones that evolved from drug-tolerant intermediates exhibited an elevated burden of chromosomal aberrations such as copy number alterations and structural variations. Preventing therapy-induced A3A mutagenesis either by gene deletion or RNAi-mediated suppression delayed the emergence of drug resistance. Finally, we observed accumulation of A3A mutations in lung cancer patients who developed drug resistance after treatment with sequential targeted therapies. These data suggest that induction of A3A mutagenesis in response to targeted therapy treatment may facilitate the development of acquired resistance in non-small-cell lung cancer. Thus, suppressing expression or enzymatic activity of A3A may represent a potential therapeutic strategy to prevent or delay acquired resistance to lung cancer targeted therapy.

Summary: Drug-tolerant residual disease (DTRD) after the initial maximal response to a systemic therapy can serve as a tumor reservoir for the development of acquired drug resistance and represents a major clinical challenge across various cancers and types of therapies. To unlock the next frontier in precision oncology, we propose a fundamental paradigm shift in the treatment of metastatic cancers with a sharpened focus towards defining, monitoring, and therapeutically targeting the DTRD state.

ABSTRACT The treatment approach to advanced, ALK-positive non-small cell lung cancer (NSCLC) utilizing sequential ALK tyrosine kinase inhibitors (TKIs) represents a paradigm of precision oncology. Lorlatinib is currently the most advanced, potent and selective ALK tyrosine kinase inhibitor (TKI) in the clinic. However, tumors invariably acquire resistance to lorlatinib, and after sequential ALK TKIs culminating with lorlatinib, diverse refractory compound ALK mutations can emerge. Here, we determine the spectrum of lorlatinib-resistant compound ALK mutations identified in patients after treatment with lorlatinib, the majority of which involve ALK G1202R or I1171N/S/T. By assessing a panel of lorlatinib analogs against compound ALK mutant in vitro and in vivo models, we identify structurally diverse lorlatinib analogs that harbor differential selective profiles against G1202R- versus I1171N/S/T-based compound ALK mutations. Structural analysis revealed that increased potency against compound mutations was achieved primarily through two different mechanisms of improved targeting of either G1202R- or I1171N/S/T-mutant kinases. Based on these results, we propose a classification of heterogenous ALK compound mutations designed to focus the development of distinct therapeutic strategies for precision targeting of compound resistance mutations following sequential TKIs.

8013 Background: For patients (pts) with unresectable locally-advanced NSCLC, standard of care involves durva consolidation after concurrent CRT, although its benefit in ALK+ tumors is unclear. The ALINA trial demonstrated adjuvant efficacy of alectinib in resected ALK+ NSCLC, but the optimal consolidation strategy for unresectable locally-advanced ALK+ NSCLC remains elusive. Methods: This multi-institutional international retrospective analysis included pts with stage III unresectable ALK+ NSCLC who received an ALK TKI, durva, or obs alone after concurrent CRT between 2015-2022. Baseline characteristics of age, sex, smoking history, and PD-L1 status were collected. Clinical outcomes including real-world progression-free survival (rw-PFS), overall survival (OS), and treatment-related adverse events (trAE) as defined using CTCAE 5.0 were assessed, and multivariate cox regression models were performed. Results: Sixty-four pts across 16 institutions were included. The median age was 57 (IQR 49-66) and 61% were females. The majority had adenocarcinoma (97%) and had never smoked (58%). 15 received ALK TKI (10 alectinib, 3 crizotinib, 1 brigatinib, 1 lorlatinib), 30 received durva, and 19 received obs alone. There was no significant difference in stage of cancer (IIIA, B, or C) or PD-L1 status among groups. After adjusting for stage and age at CRT initiation, median rw-PFS was significantly longer for ALK TKI (rw-PFS not reached [NR], 95% CI 22.7-NR) vs durva (11.3 months (mo), 95% CI 9.2-18.5, p= 0.005, HR = 0.12) or obs (7.4 mo, 95% CI 3.4-12.5, p < 0.0001). Two (13%) pts progressed on ALK TKI. 25 pts (83%) progressed on durva leading to treatment with ALK TKI in 23, and 18 (95%) progressed while under obs leading to treatment with ALK TKI in 15. 3-year OS was 100% for ALK TKI vs 90.5% for durva vs 63.5% for obs. Median OS was NR (95% CI NR-NR) for both ALK TKI and durva vs 70.6 mo (24.9-NR) in the obs group ( p= 0.03 for both ALK TKI and durva compared to obs). Median duration of therapy was 24.7 mo with ALK TKI and 6.5 mo with durva. Grade ≥3 trAE occurred in 27%, 7%, 6% of pts treated with ALK TKI (1 fatigue, 1 diarrhea, 1 hyperbilirubinemia, 1 pneumonitis), durva (1 fatigue, 1 neutropenia), and obs (1 neutropenia) respectively. Treatment discontinuation due to toxicity occurred in 4 (27%) with ALK TKI and in 3 (10%) with durva. Conclusions: In this retrospective study of stage III ALK+ NSCLC, consolidation ALK TKI demonstrated clinically meaningful improvement in PFS and OS over durva and obs, while showing a slightly higher rate of trAE over dura and obs. Furthermore, we show a high rate of progression following CRT alone in ALK+ NSCLC. These findings underscore the need for prospective molecularly driven trials to determine the optimal consolidation therapy for unresectable ALK+ NSCLC.

ABSTRACT The recently approved KRAS G12C inhibitor sotorasib induces durable responses of KRAS G12C -mutant non-small cell lung cancers (NSCLCs), however, some patients do not derive benefit. Identification of specific vulnerabilities conferred by co-occurring mutations may enable the development of biomarker-driven combination therapies in distinct subsets of patients. We report that co-occurring loss of STK11 /LKB1 is associated with a drug-induced vulnerability of KRAS -mutant NSCLCs to MCL-1 inhibition. In LKB1-deficient cells, inhibition of KRAS-MAPK signaling leads to hyperactivated JNK, which phosphorylates BCL-XL and impairs its ability to sequester BIM, thus creating a dependency on MCL-1 for survival. In LKB1-proficient cells, LKB1 suppresses drug-induced JNK hyperactivation in a NUAK-dependent manner. Ex vivo treatment of tumors from LKB1-deficient but not LKB1 wild-type KRAS -mutant NSCLC patients with sotorasib or trametinib increased MCL-1 dependence. These results uncover a novel role for the LKB1-NUAK axis in regulation of apoptotic dependency and suggest a genotype-directed therapeutic approach for KRAS-LKB1 mutant NSCLC.

Driver mutations alter cells from normal to cancer through several evolutionary epochs: premalignancy, early malignancy, subclonal diversification, metastasis and resistance to therapy. Later stages of disease can be explored through analyzing multiple samples collected longitudinally, on or between successive treatments, and finally at time of autopsy. It is also possible to study earlier stages of cancer development through probabilistic reconstruction of developmental trajectories based on mutational information preserved in the genome. Here we present a suite of tools, called Phylogic N-Dimensional with Timing (PhylogicNDT), that statistically model phylogenetic and evolutionary trajectories based on mutation and copy-number data representing samples taken at single or multiple time points. PhylogicNDT can be used to infer: (i) the order of clonal driver events (including in pre-cancerous stages); (ii) subclonal populations of cells and their phylogenetic relationships; and (iii) cell population dynamics. We demonstrate the use of PhylogicNDT by applying it to whole-exome and whole-genome data of 498 lung adenocarcinoma samples (434 previously available and 64 of newly generated data). We identify significantly different progression trajectories across subtypes of lung adenocarcinoma (EGFR mutant, KRAS mutant, fusion-driven and EGFR/KRAS wild type cancers). In addition, we study the progression of fusion-driven lung cancer in 21 patients by analyzing samples from multiple timepoints during treatment with 1st and next generation tyrosine kinase inhibitors. We characterize their subclonal diversification, dynamics, selection, and changes in mutational signatures and neoantigen load. This methodology will enable a systematic study of tumour initiation, progression and resistance across cancer types and therapies.

Abstract Cytoadherence and consequential migration are crucial for pathogens to establish colonization in the host. In contrast to the nonadherent isolate of Trichomonas vaginalis , the adherent one expresses more actin-related machinery proteins with more active flagellate-amoeboid morphogenesis, amoeba migration, and cytoadherence, activities that were abrogated by an actin assembly blocker. By immunoprecipitation coupled with label-free quantitative proteomics, an F-actin capping protein ( Tv FACPα) was identified from the actin-centric interactome, with an atypically greater binding preference to G-actin than F-actin. Tv FACPα partially colocalized with F-actin at the parasite pseudopodia protrusion and formed the protein complexes with α-actin through its c-terminal domain. Meanwhile, Tv FACPα overexpression suppresses F-actin polymerization, amoeboid morphogenesis, and cytoadherence in this parasite. Ser 2 phosphorylation of Tv FACPα enriched in the amoeboid stage of adhered trophozoites was reduced by a CKII inhibitor. The site-directed mutagenesis and CKII inhibitor treatment revealed that Ser 2 phosphorylation acts as a switching signal to alter Tv FACPα actin-binding activity and consequent actin cytoskeleton behaviors. Through CKII signaling, Tv FACPα also controls the conversion of adherent trophozoite from amoeboid migration to flagellate form with axonemal motility. Together, CKII-dependent Ser 2 phosphorylation regulates Tv FACPα binding actin to fine-tune cytoskeleton dynamics and drive crucial behaviors underlying host colonization of T. vaginalis .