Abstract

 A wide variety of tumours show PIK3CA mutations leading to increased phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K) activity. We have determined the frequency of PIK3CA mutations in exons 9 and 20 that has previously been reported as mutational hotspot regions in distinct tumour models. One hundred and fifty gastrointestinal carcinomas (47 gastric and 103 colorectal) that were characterised for MSI status (76 MSI and 74 MSS) by PCR-SSCP sequencing were evaluated. We also analysed the association between PIK3CA mutations and KRAS or BRAF mutations. PIK3CA mutations in exons 9 and 20 were present in 13.6% and 10.6% of colorectal and gastric carcinomas, respectively. No differences in frequency and type of PIK3CA mutations were found between MSI and MSS colorectal carcinomas. All gastric carcinomas with PIK3CA mutations were MSI. The number of cases harbouring concomitant PIK3CA and KRAS or BRAF mutations was higher in colorectal than in gastric carcinomas (P=0.016). In colorectal carcinoma, PIK3CA mutations occur preferentially together with activating KRAS-BRAF mutations (MSI and MSS) while in gastric carcinomas PIK3CA mutations tend to occur as isolated events (MSI).

ABSTRACT KRAS mutations have been shown to extend their oncogenic effects beyond the cancer cell, influencing the tumor microenvironment components. Herein, we studied the impact of mutant KRAS on the modulation of cancer-associated fibroblasts (CAFs) pro-tumorigenic properties. To do so, we challenged CCD-18Co normal-like colon fibroblasts with control media (DMEM alone and DMEM+rhTGFβ1 media), and conditioned media from control and KRAS silenced colorectal cancer (CRC) cells. Two mutant KRAS CRC cell lines-HCT116 and LS174T, were used. Major pro-tumorigenic fibroblasts phenotypic features, such as α-SMA expression, TGFβ1 and HGF production, extracellular matrix components and metalloproteinases expression, collagen contraction and migration capacities, were analyzed upon fibroblast challenging with cells conditioned media. Our results showed that the mutant KRAS CRC cells-secreted factors are capable of turning normal-like fibroblasts into CAF-like by modulating α-SMA expression, TGFβ1 and HGF production and migration capacity, though in a cell line-specific manner. In this scenario, oncogenic KRAS showed to play a secondary role, regulating only discrete features in each cancer cell-educated fibroblasts. For instance, in HCT116, KRAS impairs fibroblasts migration and in LS174T it promotes α-SMA expression. In summary, our work suggests that mutant KRAS does not play a major role in controlling the CRC cell secreted factors that modulate fibroblasts behavior. This KRAS-independent modulation of fibroblast pro-tumorigenic features is likely to negatively impact the response to KRAS inhibitors, thus standing as a putative mechanism of resistance to KRAS-inhibition, with possible therapeutical relevance.

Abstract Genetic alterations influence the malignant potential of cancer cells, and so does the tumor microenvironment. Herein, we combined the study of KRAS oncogenic effects in colorectal cancer cells with the influence of fibroblasts-derived factors. Results revealed that mutant KRAS regulates cell fate through both autonomous and non-autonomous signaling mechanisms. Specifically, processes such as proliferation and cell-cell aggregation were autonomously controlled by mutant KRAS independently of the stimulation with fibroblasts conditioned media. However, cancer cell invasion revealed to be a KRAS-dependent non-autonomous effect, resulting from the cooperation between fibroblasts-derived HGF and mutant KRAS regulation of C-MET expression. C-MET downregulation upon KRAS silencing rendered cells less responsive to HGF and thus less invasive. Yet, in one cell line, KRAS inhibition triggered invasion upon stimulation with fibroblasts conditioned media. Inhibition of PIK3CA oncogene did not promoted invasion, thus showing a KRAS-specific effect. Moreover, the invasive capacity also depended on the HGF-C-MET axis. Overall, our study awards oncogenic KRAS an important role in modulating the response to fibroblast-secreted factors either by promoting or impairing invasion, and depicts the HGF-C-MET axis as a putative therapeutic target to impair the invasive properties of mutant KRAS cancer cells. Significance Targeting mutant KRAS cancers is an urgent clinical need. HGF-C-MET axis inhibition arises as a possible strategy to target mutant KRAS CRC, both primary and metastatic tumors. Additional information Financial support This work was supported through FEDER funds through the Operational Programme for Competitiveness Factors (COMPETE 2020), Programa Operacional de Competitividade e Internacionalização (POCI), Programa Operacional Regional do Norte (Norte 2020), European Regional Development Fund (ERDF), and by National Funds through the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT) (PTDC/MED-ONC/31354/2017). PDC is a PhD student from Doctoral Program in Pathology and Molecular Genetics from the Institute of Biomedical Sciences Abel Salazar (ICBAS, University of Porto) and she is funded through a PhD fellowship (SFRH/BD/131156/2017) awarded by the FCT. FM is a PhD student from Doctoral Program in Biomedicine from the Faculty of Medicine of the University of Porto and she is funded through a PhD fellowship (SFRH/BD/143669/2019) awarded by the FCT. SM is a PhD student from Doctoral Program in Biomedicine from the Faculty of Medicine of the University of Porto and she is funded through a PhD fellowship (SFRH/BD/143642/2019) awarded by the FCT. AR is a junior researcher hired by IPATIMUP under the CaTCh project funded by FEDER and FCT (POCI-01-0145-FEDER-031354). ALM is a PhD student from Doctoral Program in Biomedicine from the Faculty of Medicine of the University of Porto and she is funded through a PhD fellowship (2020.08932.BD) awarded by the FCT. MJO is principal researcher at INEB. SV is hired by IPATIMUP under norma transitória do DL n.º 57/2016 alterada pela lei n.º 57/2017.

Abstract KRAS signaling has been extensively studied, yet the clarification between KRAS-autonomous and non-autonomous mechanisms are still less explored. Understanding how KRAS signaling and effects are affected by exogenous stimuli can provide valuable insights not only to understand resistance mechanisms that justify pathway inhibition failure, but also to uncover novel therapeutic targets for mutant KRAS patients. Hence, aiming at understanding KRAS-autonomous versus non autonomous mechanisms, we studied the response of two mutant KRAS colorectal cancer cell lines (HCT116 and LS174T) - control and KRAS silenced- to TGFβ1-activated fibroblasts secretome. By performing a total proteome analysis, we observed that TGFβ1-activated fibroblast-secreted factors triggered cell line-specific proteome alterations and that mutant KRAS governs approximately 1/3 of those alterations. Moreover, the analysis of the impact of exogenous factors on the modulation of KRAS proteome revealed that, in both cell lines, more than 2/3 of the KRAS-associated proteome is controlled in a KRAS-non-autonomous manner and dependent on the exogenous factors. This work highlights the context-dependency of KRAS-associated signaling and reinforces the importance of establishing more integrative models resembling the complexity of the tumor microenvironment to study KRAS-associated signals.

Abstract Novel KRAS-targeted therapies unlocked new treatment options for previously untreatable patients. However, in colorectal cancer (CRC), resistance to KRAS-targeted therapy develops rapidly, making it imperative to understand its underlying mechanisms. Cancer-associated fibroblasts (CAFs) induce therapy resistance by generating and maintaining cancer stem cells (CSCs). Additionally, CAFs secretome can modulate KRAS mutant CRC cells proteomic profile, independently of mutant KRAS. Hence, we investigated whether CAF-derived factors could induce resistance to KRAS inhibition by promoting a KRAS-independent stem-like phenotype. Evaluation of KRAS-mutant CRC cell lines (HCT15, HCT116, and SW480) revealed unique basal stem cell marker expression levels. Silencing KRAS lead to up-regulation of CD24, down- regulation of CD49f and CD104, and reduced stemness. However, CAF-secreted factors attenuated these effects, restoring stem cell markers expression and increasing stemness. RNA sequencing showed that CAF-secreted factors upregulate pro-tumorigenic pathways in KRAS-silenced cells, including cell cycle control, epithelial-mesenchymal transition (EMT), NOTCH, and immune regulation, leading to increased cell cycling and exit from quiescence. Overall, we provide mechanistic insights illuminating the role of fibroblasts in counteracting KRAS silencing-induced growth inhibition and enhancing stemness. Our results show that the limited success of KRAS-targeted therapies is not only derived from cell-intrinsic factors but also dependent on external factors derived from the tumor microenvironment, thus opening avenues to improve therapy responses in CRC.