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

Despite evidence that the intestinal microbiota (IM) is involved in the pathogenesis of obesity, the IM composition of patients with nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) has not been well characterized. This prospective, cross-sectional study was aimed at identifying differences in IM between adults with biopsy-proven NAFLD (simple steatosis [SS] or nonalcoholic steatohepatitis [NASH]) and living liver donors as healthy controls (HC). Fifty subjects were included: 11 SS, 22 NASH, and 17 HC. One stool sample was collected from each participant. Quantitative real-time polymerase chain reaction was used to measure total bacterial counts, Bacteroides/Prevotella (herein referred to as Bacteroidetes), Clostridium leptum, C. coccoides, bifidobacteria, Escherichia coli and Archaea in stool. Clinical and laboratory data, food records, and activity logs were collected. Patients with NASH had a lower percentage of Bacteroidetes (Bacteroidetes to total bacteria counts) compared to both SS and HC (P = 0.006) and higher fecal C. coccoides compared to those with SS (P = 0.04). There were no differences in the remaining microorganisms. As body mass index (BMI) and dietary fat intake differed between the groups (P < 0.05), we performed linear regression adjusting for these variables. The difference in C. coccoides was no longer significant after adjusting for BMI and fat intake. However, there continued to be a significant association between the presence of NASH and lower percentage Bacteroidetes even after adjusting for these variables (P = 0.002; 95% confidence interval = -0.06 to -0.02).There is an inverse and diet-/BMI-independent association between the presence of NASH and percentage Bacteroidetes in the stool, suggesting that the IM may play a role in the development of NAFLD.

Abstract Purpose: To perform real-time whole genome sequencing (WGS) and RNA sequencing (RNASeq) of advanced pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) to identify predictive mutational and transcriptional features for better treatment selection. Experimental Design: Patients with advanced PDAC were prospectively recruited prior to first-line combination chemotherapy. Fresh tumor tissue was acquired by image-guided percutaneous core biopsy for WGS and RNASeq. Laser capture microdissection was performed for all cases. Primary endpoint was feasibility to report WGS results prior to first disease assessment CT scan at 8 weeks. The main secondary endpoint was discovery of patient subsets with predictive mutational and transcriptional signatures. Results: Sixty-three patients underwent a tumor biopsy between December 2015 and June 2017. WGS and RNASeq were successful in 62 (98%) and 60 (95%), respectively. Genomic results were reported at a median of 35 days (range, 19–52 days) from biopsy, meeting the primary feasibility endpoint. Objective responses to first-line chemotherapy were significantly better in patients with the classical PDAC RNA subtype compared with those with the basal-like subtype (P = 0.004). The best progression-free survival was observed in those with classical subtype treated with m-FOLFIRINOX. GATA6 expression in tumor measured by RNA in situ hybridization was found to be a robust surrogate biomarker for differentiating classical and basal-like PDAC subtypes. Potentially actionable genetic alterations were found in 30% of patients. Conclusions: Prospective genomic profiling of advanced PDAC is feasible, and our early data indicate that chemotherapy response differs among patients with different genomic/transcriptomic subtypes. Clin Cancer Res; 24(6); 1344–54. ©2017 AACR.

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.

The importance of 16S rRNA gene amplicon profiles for understanding the influence of microbes in a variety of environments coupled with the steep reduction in sequencing costs led to a surge of microbial sequencing projects. The expanding crowd of scientists and clinicians wanting to make use of sequencing datasets can choose among a range of multipurpose software platforms, the use of which can be intimidating for non-expert users. Among available pipeline options for high-throughput 16S rRNA gene analysis, the R programming language and software environment for statistical computing stands out for its power and increased flexibility, and the possibility to adhere to most recent best practices and to adjust to individual project needs. Here we present the Rhea pipeline, a set of R scripts that encode a series of well-documented choices for the downstream analysis of Operational Taxonomic Units (OTUs) tables, including normalization steps, alpha - and beta -diversity analysis, taxonomic composition, statistical comparisons, and calculation of correlations. Rhea is primarily a straightforward starting point for beginners, but can also be a framework for advanced users who can modify and expand the tool. As the community standards evolve, Rhea will adapt to always represent the current state-of-the-art in microbial profiles analysis in the clear and comprehensive way allowed by the R language. Rhea scripts and documentation are freely available at https://lagkouvardos.github.io/Rhea .

Background & Aims Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is characterized by dysbiosis. The bidirectional effects between intestinal microbiota (IM) and bile acids (BA) suggest that dysbiosis may be accompanied by an altered bile acid (BA) homeostasis, which in turn can contribute to the metabolic dysregulation seen in NAFLD. This study sought to examine BA homeostasis in patients with NAFLD and to relate that with IM data. Methods This was a prospective, cross-sectional study of adults with biopsy-confirmed NAFLD (non-alcoholic fatty liver: NAFL or non-alcoholic steatohepatitis: NASH) and healthy controls (HC). Clinical and laboratory data, stool samples and 7-day food records were collected. Fecal BA profiles, serum markers of BA synthesis 7-alpha-hydroxy-4-cholesten-3-one (C4) and intestinal BA signalling, as well as IM composition were assessed. Results 53 subjects were included: 25 HC, 12 NAFL and 16 NASH. Levels of total fecal BA, cholic acid (CA), chenodeoxycholic acid (CDCA) and BA synthesis were higher in patients with NASH compared to HC (p<0.05 for all comparisons). The primary to secondary BA ratio was higher in NASH compared to HC (p = 0.004), but ratio of conjugated to unconjugated BAs was not different between the groups. Bacteroidetes and Clostridium leptum counts were decreased in in a subset of 16 patients with NASH compared to 25 HC, after adjusting for body mass index and weight-adjusted calorie intake (p = 0.028 and p = 0.030, respectively). C. leptum was positively correlated with fecal unconjugated lithocholic acid (LCA) (r = 0.526, p = 0.003) and inversely with unconjugated CA (r = -0.669, p<0.0001) and unconjugated CDCA (r = - 0.630, p<0.0001). FGF19 levels were not different between the groups (p = 0.114). Conclusions In adults with NAFLD, dysbiosis is associated with altered BA homeostasis, which renders them at increased risk of hepatic injury.

OBJECTIVES: Laboratory and pathological predictors of future histological progression in primary biliary cirrhosis (PBC) are needed for routine practice and clinical trials. We sought to develop clinically meaningful markers for those with predominantly early disease at risk of progressive liver damage. METHODS: Patients with PBC (n=69) with a follow-up liver biopsy performed approximately 10 years after initial histological diagnosis were identified and reviewed. RESULTS: Histological progression in the stage of fibrosis observed in paired liver biopsies from the same patient was associated with the absence of biochemical response to ursodeoxycholic acid (UDCA) at 2 years: alkaline phosphatase (ALP) >1.67 × ULN (upper limit of normal) (P=0.001, odds ratio (OR) 12.14, 95% confidence interval (CI) 2.69–54.74) when defined as an increase in one stage and ALP > 1.76 × ULN (P=0.03, OR 5.07, 95% CI 1.17–21.95) when defined as an increase in two stages. Ductopenia (>50% loss), as formally evaluated through blinded biopsy review of liver tissue obtained at initial diagnosis in a subset of 34 patients, predicted histological progression (P=0.012), along with biochemical response to UDCA (P=0.002). The presence of interface hepatitis in the same biopsies did not. CONCLUSIONS: Patients with PBC who fail to show a biochemical response to UDCA or who have ductopenia on baseline biopsy progress histologically during extended follow-up. Such patients may benefit from novel treatments, with our exploratory data providing a means of identifying these individuals early in their disease.

Genetic alterations in specific driver genes lead to disruption of cellular pathways and are critical events in the instigation and progression of hepatocellular carcinoma (HCC). As a prerequisite for individualized cancer treatment, we sought to characterize the landscape of recurrent somatic mutations in HCC. We performed whole-exome sequencing on 87 HCCs and matched normal adjacent tissues to an average coverage of 59×. The overall mutation rate was roughly two mutations per Mb, with a median of 45 nonsynonymous mutations that altered the amino acid sequence (range, 2-381). We found recurrent mutations in several genes with high transcript levels: TP53 (18%); CTNNB1 (10%); KEAP1 (8%); C16orf62 (8%); MLL4 (7%); and RAC2 (5%). Significantly affected gene families include the nucleotide-binding domain and leucine-rich repeat-containing family, calcium channel subunits, and histone methyltransferases. In particular, the MLL family of methyltransferases for histone H3 lysine 4 were mutated in 20% of tumors. Conclusion: The NFE2L2 - KEAP1 and MLL pathways are recurrently mutated in multiple cohorts of HCC. (Hepatology 2013;58:1693–1702)

In nonalcoholic fatty liver disease, hepatic gene expression and fatty acid (FA) composition have been reported independently, but a comprehensive gene expression profiling in relation to FA composition is lacking. The aim was to assess this relationship. In a cross-sectional study, hepatic gene expression (Illumina Microarray) was first compared among 20 patients with simple steatosis (SS), 19 with nonalcoholic steatohepatitis (NASH), and 24 healthy controls. The FA composition in hepatic total lipids was compared between SS and NASH, and associations between gene expression and FAs were examined. Gene expression differed mainly between healthy controls and patients (SS and NASH), including genes related to unsaturated FA metabolism. Twenty-two genes were differentially expressed between NASH and SS; most of them correlated with disease severity and related more to cancer progression than to lipid metabolism. Biologically active long-chain polyunsaturated FAs (PUFAs; eicosapentaenoic acid + docosahexaenoic acid, arachidonic acid) in hepatic total lipids were lower in NASH than in SS. This may be related to overexpression of FADS1, FADS2, and PNPLA3. The degree and direction of correlations between PUFAs and gene expression were different among SS and NASH, which may suggest that low PUFA content in NASH modulates gene expression in a different way compared with SS or, alternatively, that gene expression influences PUFA content differently depending on disease severity (SS versus NASH).Well-defined subjects with either healthy liver, SS, or NASH showed distinct hepatic gene expression profiles including genes involved in unsaturated FA metabolism. In patients with NASH, hepatic PUFAs were lower and associations with gene expression were different compared to SS.

Intratumoral heterogeneity is a critical frontier in understanding how the tumor microenvironment (TME) propels malignant progression. Here, we deconvolute the human pancreatic TME through large-scale integration of histology-guided regional multiOMICs with clinical data and patient-derived preclinical models. We discover "subTMEs," histologically definable tissue states anchored in fibroblast plasticity, with regional relationships to tumor immunity, subtypes, differentiation, and treatment response. "Reactive" subTMEs rich in complex but functionally coordinated fibroblast communities were immune hot and inhabited by aggressive tumor cell phenotypes. The matrix-rich "deserted" subTMEs harbored fewer activated fibroblasts and tumor-suppressive features yet were markedly chemoprotective and enriched upon chemotherapy. SubTMEs originated in fibroblast differentiation trajectories, and transitory states were notable both in single-cell transcriptomics and in situ. The intratumoral co-occurrence of subTMEs produced patient-specific phenotypic and computationally predictable heterogeneity tightly linked to malignant biology. Therefore, heterogeneity within the plentiful, notorious pancreatic TME is not random but marks fundamental tissue organizational units.