Increased utilization of glucose is a hallmark of cancer. Several studies are investigating the efficacy of glucose restriction by glucose transporter blockade or glycolysis inhibition. However, the adaptations of cancer cells to glucose restriction are unknown. Here, we report the discovery that glucose restriction in lung adenocarcinoma (LUAD) induces cancer cell de-differentiation, leading to a more aggressive phenotype. Glucose deprivation causes a reduction in alpha-ketoglutarate (αKG), leading to attenuated activity of αKG-dependent histone demethylases and histone hypermethylation. We further show that this de-differentiated phenotype depends on unbalanced EZH2 activity, causing inhibition of prolyl-hydroxylase PHD3 and increased expression of hypoxia inducible factor 1α (HIF1α), triggering epithelial to mesenchymal transition. Finally, we identified an HIF1α-dependent transcriptional signature with prognostic significance in human LUAD. Our studies further current knowledge of the relationship between glucose metabolism and cell differentiation in cancer, characterizing the epigenetic adaptation of cancer cells to glucose deprivation and identifying novel targets to prevent the development of resistance to therapies targeting glucose metabolism.

Abstract Sarcomas are a family of rare malignancies composed of over 100 distinct histological subtypes. The rarity of sarcoma poses significant challenges in conducting clinical trials to identify effective therapies, to the point that many rarer subtypes of sarcoma do not have standard-of-care treatment. Even for established regimens, there can be substantial heterogeneity in responses. Overall, novel, personalized approaches for identifying effective treatments are needed to improve patient out-comes. Patient-derived tumor organoids (PDTOs) are clinically relevant models representative of the physiological behavior of tumors across an array of malignancies. Here, we use PDTOs as a tool to better understand the biology of individual tumors and characterize the landscape of drug resistance and sensitivity in sarcoma. We collected n=194 specimens from n=126 sarcoma patients, spanning 24 distinct subtypes. We characterized PDTOs established from over 120 biopsy, resection, and metastasectomy samples. We leveraged our organoid high-throughput drug screening pipeline to test the efficacy of chemotherapeutics, targeted agents, and combination therapies, with results available within a week from tissue collection. Sarcoma PDTOs showed patient-specific growth characteristics and subtype-specific histopathology. Organoid sensitivity correlated with diagnostic subtype, patient age at diagnosis, lesion type, prior treatment history, and disease trajectory for a subset of the compounds screened. We found 90 biological pathways that were implicated in response to treatment of bone and soft tissue sarcoma organoids. By comparing functional responses of organoids and genetic features of the tumors, we show how PDTO drug screening can provide an orthogonal set of information to facilitate optimal drug selection, avoid ineffective therapies, and mirror patient outcomes in sarcoma. In aggregate, we were able to identify at least one effective FDA-approved or NCCN-recommended regimen for 59% of the specimens tested, providing an estimate of the proportion of immediately actionable information identified through our pipeline. Highlights Standardized organoid culture preserve unique sarcoma histopathological features Drug screening on patient-derived sarcoma organoids provides sensitivity information that correlates with clinical features and yields actionable information for treatment guidance High-throughput screenings provide orthogonal information to genetic sequencing Sarcoma organoid response to treatment correlates with patient response to therapy Large scale, functional precision medicine programs for rare cancers are feasible within a single institution

Summary Determining the clinical significance of CT scan-detected subsolid pulmonary nodules requires an understanding of the molecular and cellular features that may foreshadow disease progression. We studied the alterations at the transcriptome level in both immune and non-immune cells, utilizing single-cell RNA sequencing, to compare the microenvironment of subsolid, solid, and non-involved lung tissues from surgical resection specimens. This evaluation of early spectrum lung adenocarcinoma reveals a significant decrease in the cytolytic activities of natural killer and natural killer T cells, accompanied by a reduction of effector T cells as well as an increase of CD4 + regulatory T cells in subsolid lesions. Characterization of non-immune cells revealed that both cancer-associated alveolar type 2 cells and fibroblasts contribute to the deregulation of the extracellular matrix, potentially affecting immune infiltration in subsolid lesions through ligand-receptor interactions. These findings suggest a decrement of immune surveillance in subsolid lesions.

Abstract Chordomas are rare tumors of notochordal origin, most commonly arising in the sacrum or skull base. Primary treatment of chordoma is surgery, however complete resection is not always feasible due to their anatomic location, and recurrence rates remain high. Chordomas are considered insensitive to conventional chemotherapy, and their rarity complicates running timely and adequately powered trials to identify effective regimens. Therefore, there is a need for discovery of novel therapeutic approaches. Drug discovery efforts in chordoma have been mostly limited to cell line models. Patient-derived organoids can accelerate drug discovery studies and predict patient responses to therapy. In this proof-of-concept study, we successfully established organoids from seven chordoma tumor samples obtained from five patients presenting with tumors in different sites and stages of disease. The organoids recapitulated features of the original parent tumors and inter-as well as intra-patient heterogeneity. High-throughput screenings performed on the organoids highlighted targeted agents such as PI3K/mTOR, EGFR, and JAK2/STAT3 inhibitors among the most effective molecules. Pathway analysis underscored how the NF-kB and IGF-1R pathways are sensitive to perturbations and potential targets to pursue for combination therapy of chordoma.