The p110 isoforms of phosphoinositide 3-kinase (PI3K) are acutely regulated by extracellular stimuli. The class IA PI3K catalytic subunits (p110α, p110β, and p110δ) occur in complex with a Src homology 2 (SH2) domain-containing p85 regulatory subunit, which has been shown to link p110α and p110δ to Tyr kinase signaling pathways. The p84/p101 regulatory subunits of the p110γ class IB PI3K lack SH2 domains and instead couple p110γ to G protein-coupled receptors (GPCRs). Here, we show, using small-molecule inhibitors with selectivity for p110β and cells derived from a p110β-deficient mouse line, that p110β is not a major effector of Tyr kinase signaling but couples to GPCRs. In macrophages, both p110β and p110γ contributed to Akt activation induced by the GPCR agonist complement 5a, but not by the Tyr kinase ligand colony-stimulating factor-1. In fibroblasts, which express p110β but not p110γ, p110β mediated Akt activation by the GPCR ligands stromal cell-derived factor, sphingosine-1-phosphate, and lysophosphatidic acid but not by the Tyr kinase ligands PDGF, insulin, and insulin-like growth factor 1. Introduction of p110γ in these cells reduced the contribution of p110β to GPCR signaling. Taken together, these data show that p110β and p110γ can couple redundantly to the same GPCR agonists. p110β, which shows a much broader tissue distribution than the leukocyte-restricted p110γ, could thus provide a conduit for GPCR-linked PI3K signaling in the many cell types where p110γ expression is low or absent.

Abstract Context Mechanical stresses, including compression, arise during cancer progression. In solid cancer, especially breast and pancreatic cancers, the rapid tumor growth and the environment remodeling explain their high intensity of compressive forces. However, the sensitivity of compressed cells to targeted therapies remains poorly known. Results In breast and pancreatic cancer cells, pharmacological PI3K inactivation decreased cell number and induced apoptosis. These effects were accentuated when we applied 2D compression forces in mechanically responsive cells. Compression selectively induced overexpression of PI3K isoforms and PI3K/AKT pathway activation. Further, transcriptional effects of PI3K inhibition and compression converged to control the expression of an autophagy regulator, GABARAP, which level was inversely associated with PI3K inhibitor sensitivity under compression. Compression alone blocked autophagy flux in all tested cells, while inactivation of basal PI3K activity restored autophagy flux only in mechanically non-responsive compressed cells. Conclusion This study provides direct evidence for the role of PI3K/AKT pathway in compression-induced mechanotransduction. PI3K inhibition promotes apoptosis or autophagy, explaining PI3K importance to control cancer cell survival under compression.

Abstract The PI3K pathway is highly active in human cancers. The four class I isoforms of PI3K are activated by distinct mechanisms leading to a common downstream signaling. Their downstream redundancy is thought to be responsible for treatment failures of PI3K inhibitors. We challenged this concept, by mapping the differential phosphoproteome evolution in response to PI3K inhibitors with different isoform selectivity patterns in pancreatic cancer, a disease currently without effective therapy. In this cancer, the PI3K signal was shown to control cell proliferation. We compared the effects of LY294002 that inhibit with equal potency all class I isoenzymes and downstream mTOR with the action of inhibitors with higher isoform-selectivity towards PI3Kα, PI3Kβ or PI3Kγ (namely A66, TGX-221 and AS-252424). A bioinformatics global pathway analysis of phosphoproteomics data allowed us to identify common and specific signals activated by PI3K inhibitors supported by the biological data. AS-252424 was the most effective treatment and induced apoptotic pathway activation as well as the highest changes in global phosphorylation-regulated cell signal. However, AS-252424 treatment induced re-activation of Akt, therefore decreasing the treatment outcome on cell survival. Reversely, AS-252424 and A66 combination treatment prevented p-Akt reactivation and led to synergistic action in cell lines and patient organoids. The combination of clinically approved α-selective BYL-719 with γ-selective IPI-549 was more efficient than single molecule treatment on xenograft growth. Mapping unique adaptive signaling responses to isoform-selective PI3K inhibition will help to design better combinative treatments that prevent the induction of selective compensatory signals. Graphical abstract Significance Half of all human cancers show increased PI3K activity but the mutational pattern of the PI3K pathway is not sufficient to predict sensitivity to PI3K inhibitors. By identifying for the first time specific signaling induced by PI3K inhibitors with different isoform-selectivity patterns, we provide insight in how to handle heterogeneity of PI3K expression in tumor samples for the choice of available PI3K-targetting drugs. Our work provides a roadmap to target the PI3K pathway, balancing the use of isoform-selective PI3K inhibitors with personalized information extending beyond the specific mutational status.

Abstract Patients with familial adenomatous polyposis (FAP) harbor mutations in the APC gene and will develop adenoma and early colorectal cancer. There is no validated treatment, and animal models are not sufficient to study FAP. Our aim was to investigate the early events associated with FAP using the intestinal organoid model in a single‐center study using biopsies from nonadenomatous and adenomatous colonic mucosa of FAP patients and from healthy controls (HCs). We analyzed intestinal stem cell (ISC) activity and regulation through organoid development and expression of mRNA and proteins, as well as within colonic crypts. We used several compounds to regulate the signaling pathways controlling ISCs, such as WNT, EGFR, PI3K‐AKT, TGF‐β, yes‐associated protein (YAP), and protease‐activated receptors. In addition to their high proliferative capacity, nonadenomatous and adenomatous organoids were characterized by cysts and cysts with buds, respectively, suggesting abnormal maturation. Adenomatous organoids were enriched in the stem cell marker LGR5 and dependent on EGF and TGF‐β for their growth. Downstream of EGFR, AKT, β‐catenin, and YAP were found to be activated in the adenomatous organoids. While the p110β isoform of PI3K was predominant in adenomatous organoids and essential for their growth, p110α was associated with the immature state of nonadenomatous organoids. We conclude that organoids offer a relevant model for studying FAP, and this work highlights abnormal behaviors of immature cells in both nonadenomatous and adenomatous mucosa of FAP patients, which could be targeted therapeutically. © 2024 The Author(s). The Journal of Pathology published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of The Pathological Society of Great Britain and Ireland.

Abstract Self-sustained quiescence (SSQ) has been characterized as a stable but reversible non-proliferative cellular state that limits the cloning of cultured cancer cells. By developing refined clonogenic assays, we showed here that cancer cells in SSQ can be selected with anticancer agents and that culture at low cell density induced SSQ in pancreas and prostate adenocarcinoma cells. Pre-culture of cells in 3D or their pretreatment with pharmacological inhibitors of mechanistic target of rapamycin (mTOR) synergize with low cell density for induction of SSQ in a Beclin-1-dependent manner. Dissociated pancreatic adenocarcinoma (PAAD) cells rendered defective for SSQ by down-regulating Beclin-1 expression exhibit higher tumor growth rate when injected subcutaneously into mice. Conversely, dissociated PAAD cells in SSQ promote the formation of small indolent tumors that eventually transitioned to a rapid growth phase . Ex vivo clonogenic assays showed that up to 40% of clonogenic cancer cells enzymatically dissociated from resected fast-growing tumors could enter SSQ, suggesting that SSQ could significantly impact the proliferation of cancer cells that are naturally dispersed from tumors. Remarkably, the kinetics of clinical metastatic recurrence in 124 patients with pancreatic adenocarcinoma included in the TGCA-PAAD project could be predicted from Beclin-1 and Cyclin-A2 mRNA levels in their primary tumor, Cyclin A2 mRNA being a marker of both cell proliferation and mTOR complex 1 activity. Overall, our data show that SSQ is likely to promote the late development of clinical metastases and suggest that identifying new agents targeting cancer cells in SSQ could help improve patient survival.

Abstract Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) patients frequently suffer from undetected micrometastatic disease. This clinical situation would greatly benefit from additional investigation. Therefore, we set out to identify key signalling events that drive metastatic evolution from the pancreas. We researched a gene signature that could discriminate localised PDAC from confirmed metastatic PDAC and devised a preclinical protocol using circulating cell-free DNA (cfDNA) as an early biomarker of micro-metastatic disease to validate the identification of key signalling events. Amongst actionable markers of disease progression, the PI3K pathway and a distinctive PI3Kα activation signature predict PDAC aggressiveness and prognosis. Pharmacological or tumour-restricted genetic PI3Kα-selective inhibition prevented macro-metastatic evolution by inhibiting tumoural cell migratory behaviour independently of genetic alterations. We found that PI3Kα inhibition altered the quantity and the species composition of the lipid second messenger PIP 3 produced, with selective reduction of C36:2 PI-3,4,5-P 3 . PI3Kα inactivation prevented the accumulation of protumoural CD206-positive macrophages in the tumour-adjacent tissue. Tumour-cell intrinsic PI3Kα therefore promotes pro-metastatic features that could be pharmacologically targeted to delay macro-metastatic evolution. The paper explained PROBLEM Pancreatic cancer is one of the most lethal solid cancers characterised by rapid progression after primary tumour detection by imaging. Key signalling events that specifically drives this rapid evolution into macro-metastatic disease are so far poorly understood. RESULT With two unbiased approaches to patient data analysis, higher PI3K pathway and more specifically higher PI3Kα activation signature can now be identified in the most aggressive pancreatic cancer primary tumours, that lead to earlier patient death. Our in vitro data showed that PI3Kα is a major positive regulator of tumour cell escape from the primary tumour: tumour-intrinsic PI3Kα activity enables actin cytoskeleton remodelling to escape the pancreatic tumour. We chose to use two preclinical models of pancreatic cancer to validate that PI3Kα is a target for delaying evolution of PDAC. The first one mimicked pancreatic patient micrometastatic disease that is undetected by echography and consisted in treating mice presenting echography detected primary tumours combined with increased circulating DNA as a blood biomarker of the most aggressive tumours. The second model consisted in studying the tumour cell implantation and their early proliferation in metastatic organ after injection in blood. We treated both preclinical models with a clinically relevant PI3K α-selective inhibitor (BYL-719/Alpelisib), that is currently being tested in pancreatic cancer patients (without any patient selection). We found that PI3Kα activity drives evolution of micrometastatic disease towards macro-metastatic stage in both models: inhibition of PI3Kα delayed primary tumour and micro-metastasis evolution. Finally, PI3Kα activity increases protumoural characteristics in peritumoural immune cells via tumour cell-intrinsic cytokine production that could facilitate metastatic evolution. IMPACT Circulating tumour DNA represents a strong independent biomarker linked to relapse and poor survival in solid cancer patients. A clinical study in resected PDAC patients with micrometastatic disease characterised by high circulating tumoural DNA levels is needed to assess if PI3Kα-selective inhibitors significantly delay metastatic progression and death. Graphical Abstract Pancreatic ductal adenocarcinoma requires tumour-intrinsic PI3Kα activity to accelerate inflammatory metastatic disease. Biorender illustration.

Abstract Background & Aims Although specialized and dedicated to the production of digestive enzymes, pancreatic acinar cells harbor a high plasticity and are able to modify their identity. They undergo reversible acinar-to-ductal cell metaplasia (ADM) through epigenetic silencing of the acinar lineage gene program mainly controlled by PTF1a (Pancreas Transcription Factor 1a). ADM becomes irreversible in the presence of oncogenic Kras mutations and leads to the formation of preneoplastic lesions. We investigated the role of the E3 ubiquitin ligase Thyroid hormone Receptor Interacting Protein 12 (TRIP12), involved in PTF1a degradation, in pancreatic carcinogenesis. Methods We used genetically engineered mouse models of pancreas-selective Trip12 deletion, mutant Kras (G12D) and mutant Trp53 (R172H). We performed RNA sequencing analysis from acinar cells and cell lines derived from mice models tumors. We investigated the impact of TRIP12 deficiency on acute pancreatitis, tumor formation and metastasis development. Results TRIP12 is overexpressed in human pancreatic preneoplastic lesions and tumors. We show that a conditional deletion of TRIP12 in the pancreas during murine embryogenesis alters pancreas homeostasis and acinar cell genes expression patterns in adults. EGF induced-ADM is suppressed in TRIP12-depleted pancreatic acini. In vivo, a loss of TRIP12 prevents acini to develop ADM in response to pancreatic injury, the formation of Kras-induced pancreatic preneoplastic lesions, and impairs tumors and metastasis formation in the presence of mutated Trp53. TRIP12 is required for Claudin18.2 isoform expression in pancreatic tumors cells. Conclusions Our study identifies TRIP12 as a novel regulator of acinar fate in the adult pancreas with an important dual role in pancreatic carcinogenesis, in initiation steps and in metastatic behavior of tumor cells. Synopsis This study shows that Thyroid hormone Receptor Interacting Protein 12 plays an important dual role in the initiation steps and invasion of pancreatic carcinogenesis. Moreover, expression of TRIP12 switches on the expression of Claudin-18, a targetable biomarker of pancreatic tumors.

Abstract Conventional culture conditions are oftentimes insufficient to study tissues, organisms, or 3D multicellular assemblies. They lack both dynamic chemical and mechanical control over the microenvironment. While specific microfluidic devices have been developed to address chemical control, they are often hard to use and do not allow the control of compressive forces. Here, we present a set of microfluidic devices which all rely on the use of sliding elements consisting of microfabricated rods that can be inserted inside a microfluidic device. Sliding elements enable the creation of reconfigurable sealed culture chambers for the study of whole organisms or model micro-tissues. By confining the micro-tissues, we studied the biophysical impact of growth-induced pressure and showed that this mechanical stress is associated with an increase in macromolecular crowding, shedding light on this understudied type of mechanical stress. Our mechano-chemostat is an easy-to-use microfluidic device that allows the long-term culture of biological samples and can be used to study both the impact of specific conditions as well as the consequences of mechanical compression.

Summary Pancreatic exocrine cell plasticity promotes cancer (PDAC). Tissue damage by inflammation (pancreatitis) is repaired by plasticity but also by a beneficial proliferative regeneration. To identify molecular drivers of proliferative turnover, we compared human samples of pancreatitis and PDAC, the latter a condition with increased plasticity. We identified PI3K activation gene signatures and, amongst those, PHGDH , encoding an enzyme responsible for serine synthesis, as differentially expressed. Caerulein or red meat-enriched diet promotes pancreatic plasticity, PI3K activation, but also increased PHGDH. Interestingly, in vitro , pharmacological or genetic PI3Kα inhibition had differential action on the level of the p27 quiescence marker depending on the level of PHGDH controlling mitochondrial activity. In vivo , genetic inactivation of PI3Kα in the pancreas led to a reduced exocrine cell plasticity but to an increase of acinar cell proliferative markers. As PI3Kα inhibitors were shown to block plasticity while maintaining pancreas mass, they may represent a preventive interception drug in patients with pancreatitis at risk of developing cancer. Summary Red meat-enriched food, a pancreatic cancer risk factor, acts as an inflammatory stress for the pancreas. Inflammation dampens beneficial exocrine cell proliferative turnover and stimulates PI3Kα-dependent precancer lesions. PI3Kα inhibitors represent a pancreatic cancer prevention drug in patient with pancreatitis.