Although restoration of p53 function is an attractive tumor-specific therapeutic strategy, it remains unclear whether p53 loss is required only for transition through early bottlenecks in tumorigenesis or also for maintenance of established tumors. To explore the efficacy of p53 reinstatement as a tumor therapy, we used a reversibly switchable p53 knockin (KI) mouse model that permits modulation of p53 status from wild-type to knockout, at will. Using the well-characterized Emu-myc lymphoma model, we show that p53 is spontaneously activated when restored in established Emu-myc lymphomas in vivo, triggering rapid apoptosis and conferring a significant increase in survival. Nonetheless, reimposition of p53 function potently selects for emergence of p53-resistant tumors through inactivation of p19(ARF) or p53. Our study provides important insights into the nature and timing of p53-activating signals in established tumors and how resistance to p53 evolves, which will aid in the optimization of p53-based tumor therapies.

Deregulated Myc triggers a variety of intrinsic tumor suppressor programs that serve to restrain Myc's oncogenic potential. Since Myc activity is also required for normal cell proliferation, activation of intrinsic tumor suppression must be triggered only when Myc signaling is oncogenic. However, how cells discriminate between normal and oncogenic Myc is unknown. Here we show that distinct threshold levels of Myc govern its output in vivo: low levels of deregulated Myc are competent to drive ectopic proliferation of somatic cells and oncogenesis, but activation of the apoptotic and ARF/p53 intrinsic tumor surveillance pathways requires Myc overexpression. The requirement to keep activated oncogenes at a low level to avoid engaging tumor suppression is likely an important selective pressure governing the early stages of tumor microevolution.

The two oncogenes KRas and Myc cooperate to drive tumorigenesis, but the mechanism underlying this remains unclear. In a mouse lung model of KRasG12D-driven adenomas, we find that co-activation of Myc drives the immediate transition to highly proliferative and invasive adenocarcinomas marked by highly inflammatory, angiogenic, and immune-suppressed stroma. We identify epithelial-derived signaling molecules CCL9 and IL-23 as the principal instructing signals for stromal reprogramming. CCL9 mediates recruitment of macrophages, angiogenesis, and PD-L1-dependent expulsion of T and B cells. IL-23 orchestrates exclusion of adaptive T and B cells and innate immune NK cells. Co-blockade of both CCL9 and IL-23 abrogates Myc-induced tumor progression. Subsequent deactivation of Myc in established adenocarcinomas triggers immediate reversal of all stromal changes and tumor regression, which are independent of CD4+CD8+ T cells but substantially dependent on returning NK cells. We show that Myc extensively programs an immune suppressive stroma that is obligatory for tumor progression.

In response to microenvironmental signals, macrophages undergo different activation, including the "classic" proinflammatory phenotype (also called M1), the "alternative" activation induced by the IL-4/IL-13 trigger, and the related but distinct heterogeneous M2 polarization associated with the anti-inflammatory profile. The latter is induced by several stimuli, including IL-10 and TGF-β. Macrophage-polarized activation has profound effects on immune and inflammatory responses and in tumor biology, but information on the underlying molecular pathways is scarce. In the present study, we report that alternative polarization of macrophages requires the transcription factor c-MYC. In macrophages, IL-4 and different stimuli sustaining M2-like polarization induce c-MYC expression and its translocation to the nucleus. c-MYC controls the induction of a subset (45%) of genes associated with alternative activation. ChIP assays indicate that c-MYC directly regulates some genes associated with alternative activation, including SCARB1, ALOX15, and MRC1, whereas others, including CD209, are indirectly regulated by c-MYC. c-MYC up-regulates the IL-4 signaling mediators signal transducer and activator of transcription-6 and peroxisome proliferator-activated receptorγ, is also expressed in tumor-associated macrophages, and its inhibition blocks the expression of protumoral genes including VEGF, MMP9, HIF-1α, and TGF-β. We conclude that c-MYC is a key player in alternative macrophage activation, and is therefore a potential therapeutic target in pathologies related to these cells, including tumors.

The principal reason for failure of targeted cancer therapies is the emergence of resistant clones that regenerate the tumor. Therapeutic efficacy therefore depends on not only how effectively a drug inhibits its target, but also the innate or adaptive functional redundancy of that target and its attendant pathway. In this regard, the Myc transcription factors are intriguing therapeutic targets because they serve the unique and irreplaceable role of coordinating expression of the many diverse genes that, together, are required for somatic cell proliferation. Furthermore, Myc expression is deregulated in most—perhaps all—cancers, underscoring its irreplaceable role in proliferation. We previously showed in a preclinical mouse model of non-small-cell lung cancer that systemic Myc inhibition using the dominant-negative Myc mutant Omomyc exerts a dramatic therapeutic impact, triggering rapid regression of tumors with only mild and fully reversible side effects. Using protracted episodic expression of Omomyc, we now demonstrate that metronomic Myc inhibition not only contains Ras-driven lung tumors indefinitely, but also leads to their progressive eradication. Hence, Myc does indeed serve a unique and nondegenerate role in lung tumor maintenance that cannot be complemented by any adaptive mechanism, even in the most aggressive p53-deficient tumors. These data endorse Myc as a compelling cancer drug target.

Pathologic complete response (pCR) to neoadjuvant chemotherapy (NAC) is strongly associated with favorable outcome. We examined the utility of serial circulating tumor DNA (ctDNA) testing for predicting pCR and risk of metastatic recurrence.Cell-free DNA (cfDNA) was isolated from 291 plasma samples of 84 high-risk early breast cancer patients treated in the neoadjuvant I-SPY 2 TRIAL with standard NAC alone or combined with MK-2206 (AKT inhibitor) treatment. Blood was collected at pretreatment (T0), 3 weeks after initiation of paclitaxel (T1), between paclitaxel and anthracycline regimens (T2), or prior to surgery (T3). A personalized ctDNA test was designed to detect up to 16 patient-specific mutations (from whole-exome sequencing of pretreatment tumor) in cfDNA by ultra-deep sequencing. The median follow-up time for survival analysis was 4.8 years.At T0, 61 of 84 (73%) patients were ctDNA positive, which decreased over time (T1: 35%; T2: 14%; and T3: 9%). Patients who remained ctDNA positive at T1 were significantly more likely to have residual disease after NAC (83% non-pCR) compared with those who cleared ctDNA (52% non-pCR; odds ratio 4.33, P = 0.012). After NAC, all patients who achieved pCR were ctDNA negative (n = 17, 100%). For those who did not achieve pCR (n = 43), ctDNA-positive patients (14%) had a significantly increased risk of metastatic recurrence [hazard ratio (HR) 10.4; 95% confidence interval (CI) 2.3-46.6]; interestingly, patients who did not achieve pCR but were ctDNA negative (86%) had excellent outcome, similar to those who achieved pCR (HR 1.4; 95% CI 0.15-13.5).Lack of ctDNA clearance was a significant predictor of poor response and metastatic recurrence, while clearance was associated with improved survival even in patients who did not achieve pCR. Personalized monitoring of ctDNA during NAC of high-risk early breast cancer may aid in real-time assessment of treatment response and help fine-tune pCR as a surrogate endpoint of survival.