Regeneration capacity declines with age, but why juvenile organisms show enhanced tissue repair remains unexplained. Lin28a, a highly conserved RNA-binding protein expressed during embryogenesis, plays roles in development, pluripotency, and metabolism. To determine whether Lin28a might influence tissue repair in adults, we engineered the reactivation of Lin28a expression in several models of tissue injury. Lin28a reactivation improved hair regrowth by promoting anagen in hair follicles and accelerated regrowth of cartilage, bone, and mesenchyme after ear and digit injuries. Lin28a inhibits let-7 microRNA biogenesis; however, let-7 repression was necessary but insufficient to enhance repair. Lin28a bound to and enhanced the translation of mRNAs for several metabolic enzymes, thereby increasing glycolysis and oxidative phosphorylation (OxPhos). Lin28a-mediated enhancement of tissue repair was negated by OxPhos inhibition, whereas a pharmacologically induced increase in OxPhos enhanced repair. Thus, Lin28a enhances tissue repair in some adult tissues by reprogramming cellular bioenergetics.PaperClip/cms/asset/e5d5340d-f945-497d-abba-aa89b29bca22/mmc2.mp3Loading ...(mp3, 2.98 MB) Download audio

Although p53 inactivation promotes genomic instability1 and presents a route to malignancy for more than half of all human cancers2,3, the patterns through which heterogenous TP53 (encoding human p53) mutant genomes emerge and influence tumorigenesis remain poorly understood. Here, in a mouse model of pancreatic ductal adenocarcinoma that reports sporadic p53 loss of heterozygosity before cancer onset, we find that malignant properties enabled by p53 inactivation are acquired through a predictable pattern of genome evolution. Single-cell sequencing and in situ genotyping of cells from the point of p53 inactivation through progression to frank cancer reveal that this deterministic behaviour involves four sequential phases-Trp53 (encoding mouse p53) loss of heterozygosity, accumulation of deletions, genome doubling, and the emergence of gains and amplifications-each associated with specific histological stages across the premalignant and malignant spectrum. Despite rampant heterogeneity, the deletion events that follow p53 inactivation target functionally relevant pathways that can shape genomic evolution and remain fixed as homogenous events in diverse malignant populations. Thus, loss of p53-the 'guardian of the genome'-is not merely a gateway to genetic chaos but, rather, can enable deterministic patterns of genome evolution that may point to new strategies for the treatment of TP53-mutant tumours.

ABSTRACT Metastatic gastric carcinoma is a highly lethal cancer that responds poorly to conventional and molecularly targeted therapies. Despite its clinical relevance, the mechanisms underlying the behavior and therapeutic response of this disease are poorly understood owing, in part, to a paucity of tractable models that faithfully recapitulate different subtypes of the human disease. To close this gap, we developed methods to somatically introduce different oncogenic lesions directly into the stomach epithelium and show that genotypic configurations observed in patients produce metastatic gastric cancers that recapitulate the histological, molecular, and clinical features of all non-viral molecular subtypes of the human disease. Applying this platform to both wild-type and immune-deficient mice revealed previously unappreciated links between the genotype, organotropism and immune surveillance of metastatic cells that produced distinct patterns of metastasis that were mirrored in patients. Our results establish and credential a highly portable platform for producing autochthonous cancer models with flexible genotypes and host backgrounds, which can unravel mechanisms of gastric tumorigenesis or test new therapeutic concepts aimed at improving outcomes in gastric cancer patients.

SUMMARY Somatic chromosomal deletions are prevalent in cancer, yet their functional contributions remain ill-defined. Among the most prominent of these events are deletions of chromosome 9p21.3, which disable a cell intrinsic barrier to tumorigenesis by eliminating the CDKN2A/B tumor suppressor genes. However, half of 9p21.3 deletions encompass a cluster of 16 type I interferons (IFNs) whose co-deletions have not been functionally characterized. To dissect how 9p21.3 and other genomic deletions impact cancer, we developed MACHETE (Molecular Alteration of Chromosomes with Engineered Tandem Elements), a genome engineering strategy that enables flexible modeling of megabase-sized deletions. Generation of 9p21.3-syntenic deletions in a mouse model of pancreatic cancer revealed that concomitant loss of Cdkn2a/b and the IFN cluster led to immune evasion and metastasis compared to Cdkn2a/b -only deletions. Mechanistically, IFN co-deletion disrupted type I IFN signaling, altered antigen-presenting cells, and facilitated escape from CD8+ T cell surveillance in a cell extrinsic manner requiring loss of interferon epsilon ( Ifne ). Our results establish co-deletions of the IFN cluster as a pervasive route to tumor immune evasion and metastasis, revealing how deletions can disable physically linked cell intrinsic and extrinsic tumor suppression. Our study establishes a framework to dissect the functions of genomic deletions in cancer and beyond.

Abstract Cancer-associated fibroblasts (CAFs) are a major cell type in the stroma of solid tumors and can exert both tumor-promoting and tumor-restraining functions. This functional heterogeneity is correlated with the existence of transcriptionally distinct subpopulations of CAFs. CAF heterogeneity is observed in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC), a tumor characterized by a remarkably dense and hypoxic stroma that features tumor-restraining myofibroblastic CAFs (myCAFs) and tumor-supporting inflammatory CAFs (iCAFs). While CAF heterogeneity can be driven in part by tumor cell-produced cytokines, other determinants shaping CAF identity and function are largely unknown. In vivo , we found that iCAFs display a hypoxic gene expression and biochemical profile and are enriched in hypoxic regions of PDAC tumors. Hypoxia leads fibroblasts to acquire an inflammatory gene expression signature and synergizes with cancer cell-derived cytokines to promote an iCAF phenotype in a HIF-1α dependent fashion. Furthermore, we show that HIF-1α stabilization is sufficient to induce an iCAF phenotype in stromal cells introduced into PDAC organoid co-cultures and to promote PDAC tumor growth. These findings indicate hypoxia-induced HIF-1α as a regulator of CAF heterogeneity and promoter of tumor progression in PDAC.

ABSTRACT Driver gene mutations can increase the metastatic potential of the primary tumor 1–3 , but their role in sustaining tumor growth at metastatic sites is poorly understood. A paradigm of such mutations is inactivation of SMAD4 – a transcriptional effector of TGFβ signaling – which is a hallmark of multiple gastrointestinal malignancies 4,5 . SMAD4 inactivation mediates TGFβ’s remarkable anti-to pro-tumorigenic switch during cancer progression and can thus influence both tumor initiation and metastasis 6–14 . To determine whether metastatic tumors remain dependent on SMAD4 inactivation, we developed a mouse model of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) that enables Smad4 depletion in the pre-malignant pancreas and subsequent Smad4 reactivation in established metastases. As expected, Smad4 inactivation facilitated the formation of primary tumors that eventually colonized the liver and lungs. By contrast, Smad4 reactivation in metastatic disease had strikingly opposite effects depending on the tumor’s organ of residence: suppression of liver metastases and promotion of lung metastases. Integrative multiomic analysis revealed organ-specific differences in the tumor cells’ epigenomic state, whereby the liver and lungs harbored chromatin programs respectively dominated by the KLF and RUNX developmental transcription factors, with Klf4 depletion being sufficient to reverse Smad4 ’s tumor-suppressive activity in liver metastases. Our results show how epigenetic states favored by the organ of residence can influence the function of driver genes in metastatic tumors. This organ-specific gene–chromatin interplay invites consideration of anatomical site in the interpretation of tumor genetics, with implications for the therapeutic targeting of metastatic disease.

Overexpression of repetitive elements is an emerging hallmark of human cancers 1 . Diverse repeats can mimic viruses by replicating within the cancer genome through retrotransposition, or presenting pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) to the pattern recognition receptors (PRRs) of the innate immune system 2-5 . Yet, how specific repeats affect tumor evolution and shape the tumor immune microenvironment (TME) in a pro- or anti-tumorigenic manner remains poorly defined. Here, we integrate whole genome and total transcriptome data from a unique autopsy cohort of multiregional samples collected in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) patients, into a comprehensive evolutionary analysis. We find that more recently evolved S hort I nterspersed N uclear E lements (SINE), a family of retrotransposable repeats, are more likely to form immunostimulatory double-strand RNAs (dsRNAs). Consequently, younger SINEs are strongly co-regulated with RIG-I like receptor associated type-I interferon genes but anti-correlated with pro-tumorigenic macrophage infiltration. We discover that immunostimulatory SINE expression in tumors is regulated by either L ong I nterspersed N uclear E lements 1 (LINE1/L1) mobility or ADAR1 activity in a TP53 mutation dependent manner. Moreover, L1 retrotransposition activity tracks with tumor evolution and is associated with TP53 mutation status. Altogether, our results suggest pancreatic tumors actively evolve to modulate immunogenic SINE stress and induce pro-tumorigenic inflammation. Our integrative, evolutionary analysis therefore illustrates, for the first time, how dark matter genomic repeats enable tumors to co-evolve with the TME by actively regulating viral mimicry to their selective advantage.