Pancreatic stellate cells (PSCs) differentiate into cancer-associated fibroblasts (CAFs) that produce desmoplastic stroma, thereby modulating disease progression and therapeutic response in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA). However, it is unknown whether CAFs uniformly carry out these tasks or if subtypes of CAFs with distinct phenotypes in PDA exist. We identified a CAF subpopulation with elevated expression of α-smooth muscle actin (αSMA) located immediately adjacent to neoplastic cells in mouse and human PDA tissue. We recapitulated this finding in co-cultures of murine PSCs and PDA organoids, and demonstrated that organoid-activated CAFs produced desmoplastic stroma. The co-cultures showed cooperative interactions and revealed another distinct subpopulation of CAFs, located more distantly from neoplastic cells, which lacked elevated αSMA expression and instead secreted IL6 and additional inflammatory mediators. These findings were corroborated in mouse and human PDA tissue, providing direct evidence for CAF heterogeneity in PDA tumor biology with implications for disease etiology and therapeutic development.

The poor clinical outcome in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is attributed to intrinsic chemoresistance and a growth-permissive tumor microenvironment. Conversion of quiescent to activated pancreatic stellate cells (PSCs) drives the severe stromal reaction that characterizes PDA. Here, we reveal that the vitamin D receptor (VDR) is expressed in stroma from human pancreatic tumors and that treatment with the VDR ligand calcipotriol markedly reduced markers of inflammation and fibrosis in pancreatitis and human tumor stroma. We show that VDR acts as a master transcriptional regulator of PSCs to reprise the quiescent state, resulting in induced stromal remodeling, increased intratumoral gemcitabine, reduced tumor volume, and a 57% increase in survival compared to chemotherapy alone. This work describes a molecular strategy through which transcriptional reprogramming of tumor stroma enables chemotherapeutic response and suggests vitamin D priming as an adjunct in PDA therapy.PaperFlickhttps://www.cell.com/cms/asset/98c55e66-59d3-472f-9692-84831c87a67d/mmc5.mp4Loading ...(mp4, 34.45 MB) Download video

Abstract Pancreatic cancer is the most lethal common solid malignancy. Systemic therapies are often ineffective, and predictive biomarkers to guide treatment are urgently needed. We generated a pancreatic cancer patient–derived organoid (PDO) library that recapitulates the mutational spectrum and transcriptional subtypes of primary pancreatic cancer. New driver oncogenes were nominated and transcriptomic analyses revealed unique clusters. PDOs exhibited heterogeneous responses to standard-of-care chemotherapeutics and investigational agents. In a case study manner, we found that PDO therapeutic profiles paralleled patient outcomes and that PDOs enabled longitudinal assessment of chemosensitivity and evaluation of synchronous metastases. We derived organoid-based gene expression signatures of chemosensitivity that predicted improved responses for many patients to chemotherapy in both the adjuvant and advanced disease settings. Finally, we nominated alternative treatment strategies for chemorefractory PDOs using targeted agent therapeutic profiling. We propose that combined molecular and therapeutic profiling of PDOs may predict clinical response and enable prospective therapeutic selection. Significance: New approaches to prioritize treatment strategies are urgently needed to improve survival and quality of life for patients with pancreatic cancer. Combined genomic, transcriptomic, and therapeutic profiling of PDOs can identify molecular and functional subtypes of pancreatic cancer, predict therapeutic responses, and facilitate precision medicine for patients with pancreatic cancer. Cancer Discov; 8(9); 1112–29. ©2018 AACR. See related commentary by Collisson, p. 1062. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1047

Abscisic acid (ABA) signal transduction has been proposed to utilize cytosolic Ca2+ in guard cell ion channel regulation. However, genetic mutants in Ca2+ sensors that impair guard cell or plant ion channel signaling responses have not been identified, and whether Ca2+-independent ABA signaling mechanisms suffice for a full response remains unclear. Calcium-dependent protein kinases (CDPKs) have been proposed to contribute to central signal transduction responses in plants. However, no Arabidopsis CDPK gene disruption mutant phenotype has been reported to date, likely due to overlapping redundancies in CDPKs. Two Arabidopsis guard cell–expressed CDPK genes, CPK3 and CPK6, showed gene disruption phenotypes. ABA and Ca2+ activation of slow-type anion channels and, interestingly, ABA activation of plasma membrane Ca2+-permeable channels were impaired in independent alleles of single and double cpk3cpk6 mutant guard cells. Furthermore, ABA- and Ca2+-induced stomatal closing were partially impaired in these cpk3cpk6 mutant alleles. However, rapid-type anion channel current activity was not affected, consistent with the partial stomatal closing response in double mutants via a proposed branched signaling network. Imposed Ca2+ oscillation experiments revealed that Ca2+-reactive stomatal closure was reduced in CDPK double mutant plants. However, long-lasting Ca2+-programmed stomatal closure was not impaired, providing genetic evidence for a functional separation of these two modes of Ca2+-induced stomatal closing. Our findings show important functions of the CPK6 and CPK3 CDPKs in guard cell ion channel regulation and provide genetic evidence for calcium sensors that transduce stomatal ABA signaling.

Pancreatic adenocarcinoma presents as a spectrum of a highly aggressive disease in patients. The basis of this disease heterogeneity has proved difficult to resolve due to poor tumor cellularity and extensive genomic instability. To address this, a dataset of whole genomes and transcriptomes was generated from purified epithelium of primary and metastatic tumors. Transcriptome analysis demonstrated that molecular subtypes are a product of a gene expression continuum driven by a mixture of intratumoral subpopulations, which was confirmed by single-cell analysis. Integrated whole-genome analysis uncovered that molecular subtypes are linked to specific copy number aberrations in genes such as mutant KRAS and GATA6. By mapping tumor genetic histories, tetraploidization emerged as a key mutational process behind these events. Taken together, these data support the premise that the constellation of genomic aberrations in the tumor gives rise to the molecular subtype, and that disease heterogeneity is due to ongoing genomic instability during progression. Whole-genome sequencing, transcriptome sequencing and single-cell analysis of primary and metastatic pancreatic adenocarcinoma identify molecular subtypes and intratumor heterogeneity.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is one of the most lethal human malignancies, owing in part to its propensity for metastasis. Here, we used an organoid culture system to investigate how transcription and the enhancer landscape become altered during discrete stages of disease progression in a PDA mouse model. This approach revealed that the metastatic transition is accompanied by massive and recurrent alterations in enhancer activity. We implicate the pioneer factor FOXA1 as a driver of enhancer activation in this system, a mechanism that renders PDA cells more invasive and less anchorage-dependent for growth in vitro, as well as more metastatic in vivo. In this context, FOXA1-dependent enhancer reprogramming activates a transcriptional program of embryonic foregut endoderm. Collectively, our study implicates enhancer reprogramming, FOXA1 upregulation, and a retrograde developmental transition in PDA metastasis.

Abstract Amongst cancer subtypes, pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) has been demonstrated to be most sensitive to autophagy inhibition, which may be due to unique metabolic rewiring in these cells. The serine/threonine kinase ULK1 forms the catalytic center of a complex mediating the first biochemical step of autophagy. ULK1 directly recieves signals from mTORC1 and AMPK to trigger autophagy under stress and nutrient poor conditions. Studies in genetic engineered mouse models of cancer have revealed that deletion of core downstream autophagy genes (ATG5, ATG7) at the time of tumor iniation leads to a profound block in tumor progression leading to the development of autophagy inhibitors as cancer therapeutics. However, most preclinical studies and all clinical studies have relied on non-specific lysomotropic agents such as chloroquine and its derivatives, whose toxicity and off-target issues preclude further clinical development and which do not represent the impact of solely biochemically disrupting the autophagy pathway. Furthermore, druggable targets in the core autophagy pathway are quite limited, with ULK1 and ULK2 representing the only protein kinases in the pathway. Here we explore the genetic requirement for ULK1 and ULK2 in human PDA cancer cell lines and xenografts, and take advantage of new small molecule ULK1 inhibitors to demonstrate that ULK inhibition can overcome autophagy induction triggered by PDA therapeutics including chemotherapy and MEK inhibition. Finally we show that ULK inhibitors increase MHC Class I in PDA cells, suggestion a potential therapeutic avenue for such agents in combination with checkpoint immunotherapy.

ABSTRACT Oncogenic lesions in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) hijack the epigenetic machinery in stromal components to establish a desmoplastic and therapeutic resistant tumor microenvironment (TME). Here we identify Class I histone deacetylases (HDACs) as key epigenetic factors facilitating the induction of pro-desmoplastic and pro-tumorigenic transcriptional programs in pancreatic stromal fibroblasts. Mechanistically, HDAC-mediated changes in chromatin architecture enable the activation of pro-desmoplastic programs directed by serum response factor (SRF) and forkhead box M1 (FOXM1). HDACs also coordinate fibroblast pro-inflammatory programs inducing leukemia inhibitory factor (LIF) expression, supporting paracrine pro-tumorigenic crosstalk. HDAC depletion in cancer-associated fibroblasts (CAFs) and treatment with the HDAC inhibitor entinostat (Ent) in PDAC mouse models reduce stromal activation and curb tumor progression. Notably, HDAC inhibition (HDACi) enriches a lipogenic fibroblast subpopulation, a potential precursor for myofibroblasts in the PDAC stroma. Overall, our study reveals the stromal targeting potential of HDACi, highlighting the utility of this epigenetic modulating approach in PDAC therapeutics.

Abstract Background: Identification of effective immunomodulatory strategies remains a major unmet need in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). Agonistic anti-CD40 antibody (aCD40) exhibits direct cytotoxicity on tumor cells and augments antigen presentation. Subasumstat(SUB), a sumoylation inhibitor, augments innate and adaptive immune responses by increasing interferon signaling. We hypothesized that SUB+aCD40 combination would promote an effective antitumor immune response in an aggressive orthotopic model of PDAC. Methods: 2000 KPC 46 cells were implanted in the pancreas of four groups of F1 hybrid (initial survival, CD8+ T-cell depletion, and clodronate liposome depletion) and nude mice, enrolled when tumors had reached 3-5mm. The vehicle (veh) group received 80ul SUB vehicle (q48 hrs) and 100 ug blank IgG (qwk); SUB only group received 15mg/kg q48h; aCD40 only group received 100ug qwk; SUB+aCD40 group received 15mg/kg SUB q48h and 100 ug aCD40 qwk. Single cell RNA sequencing (scRNASeq) was conducted on n=2 tumors from each group. Immunohistochemistry (IHC) was performed on veh and SUB+aCD40 tumors for macrophage infiltration using F4/80. Flow cytometry (FC) was employed for the presence of lymphoid and myeloid markers in veh, SUB+aCD40, and clodronate depleted SUB+aCD40 (SUB+aCD40+clod) groups. Results: Mice receiving SUB+aCD40 had a significantly improved median survival over those receiving monotherapy or vehicle (24.5d vs. SUB:15.5d, aCD40:20d, veh: 19d). scRNASeq revealed increased tumor infiltrating CD8+ T-cell and myeloid populations when comparing veh and monotherapy to SUB+aCD40. F4/80 IHC confirmed increased macrophage infiltration in SUB+aCD40 vs veh (p = 0.01). The survival advantage conferred by SUB+aCD40 was preserved in both CD8+ T-cell depleted mice (p=0.025) and nude mice (p=0.037), while clodronate eliminated the treatment survival advantage (p=0.39). FC showed increased tumor macrophage/monocyte infiltration in SUB+aCD40 vs veh (veh:11.9%, SUB+aCD40:22.5%, p=0.03) and reduction in SUB+aCD40+clod (12.6%, p=0.01). CD8+ T-cell CD69 expression decreased in the SUB+aCD40+clod group (SUB+aCD40:19%, SUB+aCD40+clod:6%, p< 0.01). CD8 T-cell infiltration (SUB+aCD40:4.95%, SUB+aCD40+clod:3.85%, p=0.27) and CD4/CD8 T-cell ratio (veh: 1.26, SUB+aCD40:0.52, SUB+aCD40+clod:0.69, p=0.09) were not affected by clodronate. Conclusion: SUB+aCD40 therapy confers a survival advantage in the KPC46 model of PDAC in a T-cell independent manner by increasing macrophage/monocyte infiltration. SUB+aCD40 promotes CD8+ T-cell infiltration and activation, but they do not contribute to survival advantage, possibly due to exhaustion. Future work will include addition of therapeutics to mitigate/reverse T-cell exhaustion to harness both innate and adaptive immunity in treating PDAC. Citation Format: Asimina Courelli, Kevin Li, James Lee, Herve Tiriac, Yuan Chen, Andrew Lowy. Synergy of Subasumstat and anti-CD40 improves survival by augmenting tumor macrophage infiltration [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: Advances in Pancreatic Cancer Research; 2024 Sep 15-18; Boston, MA. Philadelphia (PA): AACR; Cancer Res 2024;84(17 Suppl_2):Abstract nr B043.

Over 95% of pancreatic ductal adenocarcinomas (PDAC) harbor oncogenic mutations in K-Ras. Upon treatment with K-Ras inhibitors, PDAC cancer cells undergo metabolic reprogramming towards an oxidative phosphorylation-dependent, drug-resistant state. However, direct inhibition of complex I is poorly tolerated in patients due to on-target induction of peripheral neuropathy. In this work, we develop molecular glue degraders against ZBTB11, a C