Summary

 Gastric cancer displays marked molecular heterogeneity with aggressive behavior and treatment resistance. Therefore, good in vitro models that encompass unique subtypes are urgently needed for precision medicine development. Here, we have established a primary gastric cancer organoid (GCO) biobank that comprises normal, dysplastic, cancer, and lymph node metastases (n = 63) from 34 patients, including detailed whole-exome and transcriptome analysis. The cohort encompasses most known molecular subtypes (including EBV, MSI, intestinal/CIN, and diffuse/GS, with CLDN18-ARHGAP6 or CTNND1-ARHGAP26 fusions or RHOA mutations), capturing regional heterogeneity and subclonal architecture, while their morphology, transcriptome, and genomic profiles remain closely similar to in vivo tumors, even after long-term culture. Large-scale drug screening revealed sensitivity to unexpected drugs that were recently approved or in clinical trials, including Napabucasin, Abemaciclib, and the ATR inhibitor VE-822. Overall, this new GCO biobank, with linked genomic data, provides a useful resource for studying both cancer cell biology and precision cancer therapy.

ABSTRACT Objective Gastric intestinal metaplasia (IM) is a pre-cancerous stage spanning a morphological spectrum that is poorly represented by human cell line models. We aim to establish and characterize human IM cell models to better understand IM progression along the cancer spectrum. Design A large human gastric IM organoid (IMO) cohort (n=28) was established, along with normal gastric organoids (n=42) for comparison, and comprehensive multi-omics profiling and functional characterization were performed. Results Single-cell transcriptomes revealed IMO cells spanning a spectrum from hybrid gastric/intestinal to advanced intestinal differentiation, and unveiled lineage trajectories that connected different cycling and quiescent stem and progenitors, highlighting their differences in gastric to IM transition. The hybrid IMO cells showed impaired differentiation potential, high lineage plasticity beyond gastric or intestinal fates, and reactivation of a fetal gene program. Cell populations in gastric IM and cancer tissues were found to be highly similar to those derived from IMOs and exhibited fetal signature. Genomically, IMOs showed an elevated mutation burden, frequent chromosome 20 gain, and epigenetic de-regulation of many intestinal and gastric genes. Functionally, IMOs downregulated FGFR2 and became independent of FGF10 for survival. Several IMOs exhibited a cell-matrix adhesion independent (CMi) subpopulation that displayed chromosome 20 gain but lacked key cancer driver mutations, which could represent the earliest neoplastic precursor of IM-induced gastric cancer. Conclusions Overall, our IM organoid biobank captured the heterogeneous nature of IM, revealing mechanistic insights on IM pathogenesis and its neoplastic progression, offering an ideal platform for studying early gastric neoplastic transformation and chemoprevention.

Abstract Purpose: Uterine leiomyosarcoma (LMS) is an aggressive sarcoma and a subset of which exhibits DNA repair defects. Polo-like kinase 4 (PLK4) precisely modulates mitosis, and its inhibition causes chromosome missegregation and increased DNA damage. We hypothesize that PLK4 inhibition is an effective LMS treatment. Experimental Design: Genomic profiling of clinical uterine LMS samples was performed, and homologous recombination (HR) deficiency scores were calculated. A PLK4 inhibitor (CFI-400945) with and without an ataxia telangiectasia mutated (ATM) inhibitor (AZD0156) was tested in vitro on gynecologic sarcoma cell lines SK-UT-1, SKN, and SK-LMS-1. Findings were validated in vivo using the SK-UT-1 xenograft model in the Balb/c nude mouse model. The effects of CFI-400945 were also evaluated in a BRCA2-knockout SK-UT-1 cell line. The mechanisms of DNA repair were analyzed using a DNA damage reporter assay. Results: Uterine LMS had a high HR deficiency score, overexpressed PLK4 mRNA, and displayed mutations in genes responsible for DNA repair. CFI-400945 demonstrated effective antitumor activity in vitro and in vivo. The addition of AZD0156 resulted in drug synergism, largely due to a preference for nonhomologous end-joining DNA repair. Compared with wild-type cells, BRCA2 knockouts were more sensitive to PLK4 inhibition when both HR and nonhomologous end-joining repairs were impaired. Conclusions: Uterine LMS with DNA repair defects is sensitive to PLK4 inhibition because of the effects of chromosome missegregation and increased DNA damage. Loss-of-function BRCA2 alterations or pharmacologic inhibition of ATM enhanced the efficacy of the PLK4 inhibitor. Genomic profiling of an advanced-stage or recurrent uterine LMS may guide therapy.

Background Gastric intestinal metaplasia (IM) is a precancerous stage spanning a morphological spectrum that is poorly represented by human cell line models. Objective We aim to establish and characterise human IM cell models to better understand IM progression along the cancer spectrum. Design A large human gastric IM organoid (IMO) cohort (n=28), their clonal derivatives and normal gastric organoids (n=42) for comparison were established. Comprehensive multi-omics profiling and functional characterisation were performed. Results Single-cell transcriptomes revealed IMO cells spanning a spectrum from hybrid gastric/intestinal to advanced intestinal differentiation. Their lineage trajectories connected different cycling and quiescent stem and progenitors, highlighting differences in gastric to IM transition and the potential origin of IM from STMN1 cycling isthmus stem cells. Hybrid IMOs showed impaired differentiation potential, high lineage plasticity beyond gastric or intestinal fates and reactivation of a fetal gene programme. Cell populations in gastric IM and cancer tissues were highly similar to those derived from IMOs and exhibited a fetal signature. Genomically, IMOs showed elevated mutation burden, frequent chromosome 20 gain and epigenetic deregulation of many intestinal and gastric genes. Functionally, IMOs were FGF10 independent and showed downregulated FGFR2. Several IMOs exhibited a cell-matrix adhesion independent subpopulation that displayed chromosome 20 gain but lacked key cancer driver mutations, potentially representing the earliest neoplastic precursor of IM-induced gastric cancer. Conclusions Overall, our IMO biobank captured the heterogeneous nature of IM, revealing mechanistic insights on IM pathogenesis and progression, offering an ideal platform for studying early gastric neoplastic transformation and chemoprevention.