Receptor tyrosine kinase genes were sequenced in non–small cell lung cancer (NSCLC) and matched normal tissue. Somatic mutations of the epidermal growth factor receptor gene EGFR were found in 15of 58 unselected tumors from Japan and 1 of 61 from the United States. Treatment with the EGFR kinase inhibitor gefitinib (Iressa) causes tumor regression in some patients with NSCLC, more frequently in Japan. EGFR mutations were found in additional lung cancer samples from U.S. patients who responded to gefitinib therapy and in a lung adenocarcinoma cell line that was hypersensitive to growth inhibition by gefitinib, but not in gefitinib-insensitive tumors or cell lines. These results suggest that EGFR mutations may predict sensitivity to gefitinib.

Mutations of the epidermal growth factor receptor (EGFR) gene have been identified in specimens from patients with non-small-cell lung cancer who have a response to anilinoquinazoline EGFR inhibitors. Despite the dramatic responses to such inhibitors, most patients ultimately have a relapse. The mechanism of the drug resistance is unknown. Here we report the case of a patient with EGFR-mutant, gefitinib-responsive, advanced non-small-cell lung cancer who had a relapse after two years of complete remission during treatment with gefitinib. The DNA sequence of the EGFR gene in his tumor biopsy specimen at relapse revealed the presence of a second point mutation, resulting in threonine-to-methionine amino acid change at position 790 of EGFR. Structural modeling and biochemical studies showed that this second mutation led to gefitinib resistance.

Ruth Halaban and colleagues report exome sequences of 147 melanoma tumors. They identified a recurrent somatic activating alteration in the Rho GTPase RAC1 in sun-exposed melanomas. We characterized the mutational landscape of melanoma, the form of skin cancer with the highest mortality rate, by sequencing the exomes of 147 melanomas. Sun-exposed melanomas had markedly more ultraviolet (UV)-like C>T somatic mutations compared to sun-shielded acral, mucosal and uveal melanomas. Among the newly identified cancer genes was PPP6C, encoding a serine/threonine phosphatase, which harbored mutations that clustered in the active site in 12% of sun-exposed melanomas, exclusively in tumors with mutations in BRAF or NRAS. Notably, we identified a recurrent UV-signature, an activating mutation in RAC1 in 9.2% of sun-exposed melanomas. This activating mutation, the third most frequent in our cohort of sun-exposed melanoma after those of BRAF and NRAS, changes Pro29 to serine (RAC1P29S) in the highly conserved switch I domain. Crystal structures, and biochemical and functional studies of RAC1P29S showed that the alteration releases the conformational restraint conferred by the conserved proline, causes an increased binding of the protein to downstream effectors, and promotes melanocyte proliferation and migration. These findings raise the possibility that pharmacological inhibition of downstream effectors of RAC1 signaling could be of therapeutic benefit.

Trever Bivona and colleagues identify the upregulation of the AXL kinase in human non–small cell lung cancer with acquired resistance to erlotinib. Inhibition of AXL restores sensitivity to erlotinib in in vitro and in vivo tumor models. The authors suggest AXL as a potential therapeutic target that may prevent or overcome acquired resistance in patients with EGFR-mutant lung cancer. Human non–small cell lung cancers (NSCLCs) with activating mutations in EGFR frequently respond to treatment with EGFR-targeted tyrosine kinase inhibitors (TKIs), such as erlotinib, but responses are not durable, as tumors acquire resistance. Secondary mutations in EGFR (such as T790M) or upregulation of the MET kinase are found in over 50% of resistant tumors. Here, we report increased activation of AXL and evidence for epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) in multiple in vitro and in vivo EGFR-mutant lung cancer models with acquired resistance to erlotinib in the absence of the EGFR p.Thr790Met alteration or MET activation. Genetic or pharmacological inhibition of AXL restored sensitivity to erlotinib in these tumor models. Increased expression of AXL and, in some cases, of its ligand GAS6 was found in EGFR-mutant lung cancers obtained from individuals with acquired resistance to TKIs. These data identify AXL as a promising therapeutic target whose inhibition could prevent or overcome acquired resistance to EGFR TKIs in individuals with EGFR-mutant lung cancer.

Mutations in the EGFR kinase are a cause of non-small-cell lung cancer. To understand their mechanism of activation and effects on drug binding, we studied the kinetics of the L858R and G719S mutants and determined their crystal structures with inhibitors including gefitinib, AEE788, and a staurosporine. We find that the mutations activate the kinase by disrupting autoinhibitory interactions, and that they accelerate catalysis as much as 50-fold in vitro. Structures of inhibitors in complex with both wild-type and mutant kinases reveal similar binding modes for gefitinib and AEE788, but a marked rotation of the staurosporine in the G719S mutant. Strikingly, direct binding measurements show that gefitinib binds 20-fold more tightly to the L858R mutant than to the wild-type enzyme.

Tyrosine phosphorylation of pyruvate kinase M2 gives tumor cells a metabolic advantage.

Cadherins are transmembrane proteins that mediate adhesion between cells in the solid tissues of animals. Here we present the 3.1 angstrom resolution crystal structure of the whole, functional extracellular domain from C-cadherin, a representative “classical” cadherin. The structure suggests a molecular mechanism for adhesion between cells by classical cadherins, and it provides a new framework for understanding both cis (same cell) and trans (juxtaposed cell) cadherin interactions. The trans adhesive interface is a twofold symmetric interaction defined by a conserved tryptophan side chain at the membrane-distal end of a cadherin molecule from one cell, which inserts into a hydrophobic pocket at the membrane-distal end of a cadherin molecule from the opposing cell.

Background Epidermal growth factor receptor (EGFR) mutations are present in the majority of patients with non-small cell lung cancer (NSCLC) responsive to the EGFR tyrosine kinase inhibitors (TKIs) gefitinib or erlotinib. These EGFR-dependent tumors eventually become TKI resistant, and the common secondary T790M mutation accounts for half the tumors with acquired resistance to gefitinib. However, the key proapoptotic proteins involved in TKI-induced cell death and other secondary mutations involved in resistance remain unclear. The objective of this study was to identify the mechanism of EGFR TKI-induced apoptosis and secondary resistant mutations that affect this process. Methods and Findings To study TKI-induced cell death and mechanisms of resistance, we used lung cancer cell lines (with or without EGFR mutations), Ba/F3 cells stably transfected with EGFR mutation constructs, and tumor samples from a gefitinib-resistant patient. Here we show that up-regulation of the BH3-only polypeptide BIM (also known as BCL2-like 11) correlated with gefitinib-induced apoptosis in gefitinib-sensitive EGFR-mutant lung cancer cells. The T790M mutation blocked gefitinib-induced up-regulation of BIM and apoptosis. This blockade was overcome by the irreversible TKI CL-387,785. Knockdown of BIM by small interfering RNA was able to attenuate apoptosis induced by EGFR TKIs. Furthermore, from a gefitinib-resistant patient carrying the activating L858R mutation, we identified a novel secondary resistant mutation, L747S in cis to the activating mutation, which attenuated the up-regulation of BIM and reduced apoptosis. Conclusions Our results provide evidence that BIM is involved in TKI-induced apoptosis in sensitive EGFR-mutant cells and that both attenuation of the up-regulation of BIM and resistance to gefitinib-induced apoptosis are seen in models that contain the common EGFR T790M and the novel L747S secondary resistance mutations. These findings also suggest that induction of BIM may have a role in the treatment of TKI-resistant tumors.

Richard Lifton, Barbara Kazmierczak and colleagues report the identification of a new enterocolitic and autoinflammatory syndrome, which they find is caused by de novo gain-of-function mutations affecting the inflammasome protein NLRC4. Cells with mutant NLRC4 produce elevated levels of cleaved caspase-1, which leads to cell death by pyroptosis. Upon detection of pathogen-associated molecular patterns, innate immune receptors initiate inflammatory responses. These receptors include cytoplasmic NOD-like receptors (NLRs) whose stimulation recruits and proteolytically activates caspase-1 within the inflammasome, a multiprotein complex. Caspase-1 mediates the production of interleukin-1 family cytokines (IL1FCs), leading to fever and inflammatory cell death (pyroptosis)1,2. Mutations that constitutively activate these pathways underlie several autoinflammatory diseases with diverse clinical features3. We describe a family with a previously unreported syndrome featuring neonatal-onset enterocolitis, periodic fever, and fatal or near-fatal episodes of autoinflammation. We show that the disease is caused by a de novo gain-of-function mutation in NLRC4 encoding a p.Val341Ala substitution in the HD1 domain of the protein that cosegregates with disease. Mutant NLRC4 causes constitutive IL1FC production and macrophage cell death. Infected macrophages from affected individuals are polarized toward pyroptosis and exhibit abnormal staining for inflammasome components. These findings identify and describe the cause of a life-threatening but treatable autoinflammatory disease that underscores the divergent roles of the NLRC4 inflammasome.