Abstract Intraductal papillary mucinous neoplasms (IPMNs) are cystic precursor lesions to pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). IPMNs undergo multistep progression from low grade (LG) to high grade (HG) dysplasia, culminating in invasive neoplasia. While patterns of IPMN progression have been analyzed using multi-region sequencing for somatic mutations, there is no integrated assessment of molecular events, including copy number alterations (CNAs) and transcriptomics changes, that accompany IPMN progression. We performed laser capture microdissection on surgically resected IPMNs of varying grades of histological dysplasia obtained from 24 patients (total of 74 independent histological lesions), followed by whole exome and whole transcriptome sequencing. Overall, HG IPMNs displayed a significantly greater aneuploidy score than LG lesions, with chromosome 1q amplification, in particular, being associated with HG progression and with cases that harbored cooccurring PDAC. Furthermore, the combined assessment of single nucleotide variants (SNVs) and CNAs identified both linear and branched evolutionary trajectories, underscoring the heterogeneity in the progression of LG lesions to HG and PDAC. At the transcriptome level, upregulation of MYC-regulated targets and downregulation of transcripts associated with the MHC class I antigen presentation machinery was a common feature of progression to HG. Taken together, this work emphasizes the role of 1q copy number amplification as a putative biomarker of high-risk IPMNs, underscores the importance of immune evasion even in non-invasive precursor lesions, and supports a previously underappreciated role of CNA-driven branching evolution as an avenue for IPMN progression. Our study provides important molecular context for risk stratification and cancer interception opportunities in IPMNs. Significance Integrated molecular analysis of genomic and transcriptomic alterations in the multistep progression of intraductal papillary mucinous neoplasms (IPMNs), which are bona fide precursors of pancreatic cancer, identifies features associated with progression of low-risk lesions to high-risk lesions and cancer, which might enable patient stratification and cancer interception strategies.

Abstract Intraductal Papillary Mucinous Neoplasms (IPMNs) of the pancreas are bona fide precursor lesions of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). The most common subtype of IPMNs harbor a gastric foveolar-type epithelium, and these low-grade mucinous neoplasms are harbingers of IPMNs with high-grade dysplasia and cancer. The molecular underpinning of gastric differentiation in IPMNs is unknown, although identifying drivers of this indolent phenotype might enable opportunities for intercepting progression to high-grade IPMN and cancer. We conducted spatial transcriptomics on a cohort of IPMNs, followed by orthogonal and cross species validation studies, which established the transcription factor NKX6-2 as a key determinant of gastric cell identity in low-grade IPMNs. Loss of NKX6-2 expression is a consistent feature of IPMN progression, while re-expression of NKX6-2 in murine IPMN lines recapitulates the aforementioned gastric transcriptional program and glandular morphology. Our study identifies NKX6-2 as a previously unknown transcription factor driving indolent gastric differentiation in IPMN pathogenesis. Significance Improved understanding of the molecular features driving IPMN development and differentiation is critical to prevent cancer progression and enhance risk stratification. Our study employed spatial profiling technologies to characterize the epithelium and microenvironment of IPMN, which revealed a previously unknown link between NKX6-2 expression and gastric differentiation in IPMNs, the latter associated with an indolent biological potential.

Intraductal Papillary Mucinous Neoplasms (IPMNs) are cystic lesions and bona fide precursors for pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). Recently, we showed that acinar to ductal metaplasia, an injury repair program, is characterized by a transcriptomic program similar to gastric spasmolytic polypeptide expressing metaplasia (SPEM), suggesting common mechanisms of reprogramming between the stomach and pancreas. The aims of this study were to assay IPMN for pyloric markers and to identify molecular drivers of this program.

ABSTRACT Objective Oncogenic “hotspot” mutations of KRAS and GNAS are two major driver alterations in Intraductal Papillary Mucinous Neoplasms (IPMNs), which are bona fide precursors to pancreatic ductal adenocarcinoma. We previously reported that pancreas-specific Kras G12D and Gnas R201C co-expression in p48 Cre ; Kras LSL-G12D ; Rosa26 LSL-rtTA ; Tg (TetO- Gnas R201C ) mice (“ Kras;Gnas ” mice) caused development of cystic lesions recapitulating IPMNs. Here, we aim to unveil the consequences of mutant Gnas R201C expression on phenotype, transcriptomic profile, and genomic dependencies. Design We performed multimodal transcriptional profiling (bulk RNA sequencing, single cell RNA sequencing, and spatial transcriptomics) in the “ Kras;Gnas” autochthonous model and tumor-derived cell lines ( Kras;Gnas cells), where Gnas R201C expression is inducible. A genome-wide CRISPR/ Cas 9 screen was conducted to identify potential vulnerabilities in Kras G12D ;Gnas R201C co-expressing cells. Results Induction of Gnas R201C – and resulting G (s) alpha signaling – leads to the emergence of a gene signature of gastric (pyloric type) metaplasia in pancreatic neoplastic epithelial cells. CRISPR screening identified the synthetic essentiality of glycolysis-related genes Gpi1 and Slc2a1 in Kras G12D ; Gnas R201C co-expressing cells. Real-time metabolic analyses in Kras;Gnas cells and autochthonous Kras;Gnas model confirmed enhanced glycolysis upon Gnas R201C induction. Induction of Gnas R201C made Kras G12D expressing cells more dependent on glycolysis for their survival. Protein kinase A-dependent phosphorylation of the glycolytic intermediate enzyme PFKFB3 was a driver of increased glycolysis upon Gnas R201C induction. Conclusion Multiple orthogonal approaches demonstrate that Kras G12D and Gnas R201C co-expression results in a gene signature of gastric pyloric metaplasia and glycolytic dependency during IPMN pathogenesis. The observed metabolic reprogramming may provide a potential target for therapeutics and interception of IPMNs. SUMMARY What is already known on this topic Activating “hotspot” mutations of KRAS and GNAS are found in a majority of Intraductal Papillary Mucinous Neoplasms (IPMNs). Expression of mutant KRAS and GNAS drives development of IPMN-like cystic lesions in the murine pancreas that eventually progress to pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). What this study adds Mutant GNAS and the resulting aberrant G (s) alpha signaling drives a transcriptional signature of gastric (pyloric type) metaplasia in IPMNs with mucin production. Aberrant G (s) alpha signaling enhances glycolysis via protein kinase A-dependent phosphorylation of the glycolytic enzyme PFKFB3. Enhanced glycolysis in KRAS;GNAS -mutated IPMN cells is validated via multiple orthogonal approaches in vitro and in vivo and represents an actionable metabolic vulnerability. How this study might affect research, practice or policy The present study provides mechanistic insight into how aberrant G (s) alpha signaling alters the biology of Kras -mutant pancreatic epithelial neoplasia through metaplastic and metabolic reprogramming. Targeting glycolysis in IPMNs may represent both a therapeutic avenue as well as an opportunity for intercepting progression to invasive cancer.

Oncogenic 'hotspot' mutations of

Abstract Background The development of diverse spatial profiling technologies has provided an unprecedented insight into molecular mechanisms driving cancer pathogenesis. Here, we conducted the first integrated cross-species assessment of spatial transcriptomics and spatial metabolomics alterations associated with progression of intraductal papillary mucinous neoplasms (IPMN), bona fide cystic precursors of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). Methods Matrix Assisted Laster Desorption/Ionization (MALDI) mass spectrometry (MS)-based spatial imaging and Visium spatial transcriptomics (ST) (10X Genomics) was performed on human resected IPMN tissues (N= 23) as well as pancreata from a mutant Kras;Gnas mouse model of IPMN. Findings were further compared with lipidomic analyses of cystic fluid from 89 patients with histologically confirmed IPMNs, as well as single-cell and bulk transcriptomic data of PDAC and normal tissues. Results MALDI-MS analyses of IPMN tissues revealed long-chain hydroxylated sulfatides, particularly the C24:0(OH) and C24:1(OH) species, to be selectively enriched in the IPMN and PDAC neoplastic epithelium. Integrated ST analyses confirmed that the cognate transcripts engaged in sulfatide biosynthesis, including UGT8, Gal3St1 , and FA2H , were co-localized with areas of sulfatide enrichment. Lipidomic analyses of cystic fluid identified several sulfatide species, including the C24:0(OH) and C24:1(OH) species, to be significantly elevated in patients with IPMN/PDAC compared to those with low-grade IPMN. Targeting of sulfatide metabolism via the selective galactosylceramide synthase inhibitor, UGT8-IN-1, resulted in ceramide-induced lethal mitophagy and subsequent cancer cell death in vitro , and attenuated tumor growth of mutant Kras;Gnas allografts. Transcript levels of UGT8 and FA2H were also selectively enriched in PDAC transcriptomic datasets compared to non-cancerous areas, and elevated tumoral UGT8 was prognostic for poor overall survival. Conclusion Enhanced sulfatide metabolism is an early metabolic alteration in cystic pre-cancerous lesions of the pancreas that persists through invasive neoplasia. Targeting sulfatide biosynthesis might represent an actionable vulnerability for cancer interception.