Clinical trials of the KRAS inhibitors adagrasib and sotorasib have shown promising activity in cancers harboring KRAS glycine-to-cysteine amino acid substitutions at codon 12 (KRASG12C). The mechanisms of acquired resistance to these therapies are currently unknown.

Abstract KRAS inhibitors demonstrate clinical efficacy in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC); however, resistance is common. Among patients with KRASG12C-mutant PDAC treated with adagrasib or sotorasib, mutations in PIK3CA and KRAS, and amplifications of KRASG12C, MYC, MET, EGFR, and CDK6 emerged at acquired resistance. In PDAC cell lines and organoid models treated with the KRASG12D inhibitor MRTX1133, epithelial-to-mesenchymal transition and PI3K-AKT-mTOR signaling associate with resistance to therapy. MRTX1133 treatment of the KrasLSL-G12D/+;Trp53LSL-R172H/+;p48-Cre (KPC) mouse model yielded deep tumor regressions, but drug resistance ultimately emerged, accompanied by amplifications of Kras, Yap1, Myc, and Cdk6/Abcb1a/b, and co-evolution of drug-resistant transcriptional programs. Moreover, in KPC and PDX models, mesenchymal and basal-like cell states displayed increased response to KRAS inhibition compared to the classical state. Combination treatment with KRASG12D inhibition and chemotherapy significantly improved tumor control in PDAC mouse models. Collectively, these data elucidate co-evolving resistance mechanisms to KRAS inhibition and support multiple combination therapy strategies.

Summary KRAS G12C inhibitors including adagrasib and sortorasib have shown clinical promise in targeting KRAS G12C -mutated lung cancers, however, most patients eventually develop drug resistance. In lung adenocarcinoma patients with co-occurring KRAS G12C and STK11 / LKB1 mutations, we found a high squamous gene signature at baseline significantly correlated with poor adagrasib response. Through integrative studies of Lkb1 -deficient KRAS G12C and Kras G12D lung cancer mouse models and/or organoids treated with KRAS inhibitors, we found tumor cells invoked a lineage plasticity program: adeno-to-squamous transition (AST) that mediated resistance to KRAS inhibition. Transcriptomic and epigenomic analyses revealed ΔNp63 drives AST and modulates response to KRAS inhibition. We identified an intermediate high-plasticity cell state with distinct gene expression program marked by Krt6a upregulation. Notably, higher KRT6A expression at baseline correlated with shorter overall survival in KRAS -mutant patients receiving adagrasib. These data support the role of AST in KRAS inhibitor resistance and provide predictive biomarker for KRAS-targeted therapies in lung cancer.

Broad-spectrum RAS inhibition holds the potential to benefit roughly a quarter of human cancer patients whose tumors are driven by RAS mutations. However, the impact of inhibiting RAS functions in normal tissues is not known. RMC-7977 is a highly selective inhibitor of the active (GTP-bound) forms of KRAS, HRAS, and NRAS, with affinity for both mutant and wild type (WT) variants. As >90% of human pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) cases are driven by activating mutations in KRAS, we assessed the therapeutic potential of RMC-7977 in a comprehensive range of PDAC models, including human and murine cell lines, human patient-derived organoids, human PDAC explants, subcutaneous and orthotopic cell-line or patient derived xenografts, syngeneic allografts, and genetically engineered mouse models. We observed broad and pronounced anti-tumor activity across these models following direct RAS inhibition at doses and concentrations that were well-tolerated in vivo. Pharmacological analyses revealed divergent responses to RMC-7977 in tumor versus normal tissues. Treated tumors exhibited waves of apoptosis along with sustained proliferative arrest whereas normal tissues underwent only transient decreases in proliferation, with no evidence of apoptosis. Together, these data establish a strong preclinical rationale for the use of broad-spectrum RAS inhibition in the setting of PDAC.

8529 Background: KRAS G12C inhibitors such as adagrasib and sotorasib have shown clinical promise in targeting KRAS G12C -mutated lung cancers; however, most patients develop primary or secondary resistance. A biomarker of response to KRAS G12C inhibitor is needed for better patient stratification and to understand the resistance mechanism. Methods: We analyzed transcriptional correlates of adagrasib treatment outcome in 68 patients in the KRYSTAL-1 trial, a phase 1/2 clinical trial of adagrasib monotherapy in the second line and beyond treatment for NSCLC. We also treated KRAS-mutated lung cancer mouse models and organoids with a KRAS inhibitor for the long term and characterized the resistant tumors’ transcriptional profile to identify resistance mechanisms. We also performed serial gene expression analysis of Kras G12D mutated lung organoids undergoing squamous transformation to identify transcription factor involved in the resistance process. Results: In patients with lung adenocarcinoma with KRAS G12C and STK11/ LKB1 co-mutations, we find an enrichment of the squamous cell carcinoma gene signature in pre-treatment biopsies correlates with a poor response to adagrasib. Studies of Lkb1-deficient KRAS G12C and Kras G12D lung cancer mouse models and organoids, treated with KRAS inhibitors adagrasib and MRTX1133, respectively, reveal that tumors invoke a lineage plasticity program, adeno-to-squamous transition (AST), that enables resistance to KRAS inhibition. We identify TP63 to be a transcription factor whose expression correlated with squamous transformation. The analysis of lineage plasticity program, adagrasib resistant tumors, and p63 regulon revealed KRT6A to be a common biomarker whose expression correlated with overall survival in the KRYSTAL-1 cohort. Conclusions: KRAS G12C mutated lung adenocarcinoma patients with a higher expression of squamous cell carcinoma gene expression signature respond poorly to adagrasib treatment. Expression of the AST plasticity signature and KRT6A at baseline correlates with poor adagrasib responses. These data indicate the role of AST in KRAS inhibitor resistance and provide predictive biomarkers for KRAS-targeted therapies in lung cancer.