Tumor cells gain a survival/growth advantage by adapting their metabolism to respond to environmental stress, a process known as metabolic transformation. The best-known aspect of metabolic transformation is the Warburg effect, whereby cancer cells up-regulate glycolysis under aerobic conditions. However, other mechanisms mediating metabolic transformation remain undefined. Here we report that carnitine palmitoyltransferase 1C (CPT1C), a brain-specific metabolic enzyme, may participate in metabolic transformation. CPT1C expression correlates inversely with mammalian target of rapamycin (mTOR) pathway activation, contributes to rapamycin resistance in murine primary tumors, and is frequently up-regulated in human lung tumors. Tumor cells constitutively expressing CPT1C show increased fatty acid (FA) oxidation, ATP production, and resistance to glucose deprivation or hypoxia. Conversely, cancer cells lacking CPT1C produce less ATP and are more sensitive to metabolic stress. CPT1C depletion via siRNA suppresses xenograft tumor growth and metformin responsiveness in vivo. CPT1C can be induced by hypoxia or glucose deprivation and is regulated by AMPKα. Cpt1c -deficient murine embryonic stem (ES) cells show sensitivity to hypoxia and glucose deprivation and altered FA homeostasis. Our results indicate that cells can use a novel mechanism involving CPT1C and FA metabolism to protect against metabolic stress. CPT1C may thus be a new therapeutic target for the treatment of hypoxic tumors.

The Trp53 gene family member Trp73 encodes two major groups of protein isoforms, TAp73 and ΔNp73, with opposing pro- and anti-apoptotic functions; consequently, their relative ratio regulates cell fate. However, the precise roles of p73 isoforms in cellular events such as tumor initiation, embryonic development, and cell death remain unclear. To determine which aspects of p73 function are attributable to the TAp73 isoforms, we generated and characterized mice in which exons encoding the TAp73 isoforms were specifically deleted to create a TAp73-deficient (TAp73 −/− ) mouse. Here we show that mice specifically lacking in TAp73 isoforms develop a phenotype intermediate between the phenotypes of Trp73 −/− and Trp53 −/− mice with respect to incidence of spontaneous and carcinogen-induced tumors, infertility, and aging, as well as hippocampal dysgenesis. In addition, cells from TAp73 −/− mice exhibit genomic instability associated with enhanced aneuploidy, which may account for the increased incidence of spontaneous tumors observed in these mutants. Hence, TAp73 isoforms exert tumor-suppressive functions and indicate an emerging role for Trp73 in the maintenance of genomic stability.

Puma is an essential mediator of p53-dependent and -independent apoptosis in vivo. In response to genotoxic stress, Puma is induced in a p53-dependent manner. However, the transcription factor driving Puma up-regulation in response to p53-independent apoptotic stimuli has yet to be identified. Here, we show that FOXO3a up-regulates Puma expression in response to cytokine or growth factor deprivation. Importantly, dysregulated Akt signaling in lymphoid cells attenuated Puma induction upon cytokine withdrawal. Our results suggest that Puma, together with another BH3 only member, Bim, function as FOXO3a downstream targets to mediate a stress response when PI3K/Akt signaling is down-regulated.

Several types of cancer cells, including colorectal cancer-derived cell lines, show austerity, the resistance to nutrient starvation, but exactly how cancer cells obtain energy sources under conditions in which their external nutrient supply is extremely limited remains to be clarified. Because autophagy is a catabolic process by which cells supply amino acids from self-digested organelles, cancer cells are likely to use autophagy to obtain amino acids as alternative energy sources. Amino acid deprivation-induced autophagy was assessed in DLD-1 and other colorectal cancer-derived cell lines. The autophagosome-incorporated LC3-II protein level increased after treatment with a combination of autolysosome inhibitors, which interferes with the consumption of autophagosomes. Autophagosome formation was also morphologically confirmed using ectopically expressed green fluorescent protein-LC3 fusion proteins in DLD-1 and SW480 cells. These data suggest that autophagosomes were actively produced and promptly consumed in colorectal cancer cells under nutrient starvation. Autolysosome inhibitors and 3-methyl adenine, which suppresses autophagosome formation, remarkably enhanced apoptosis under amino acid-deprived and glucose-deprived condition. Similar results were obtained in the cells with decreased ATG7 level by the RNA interference. These data suggest that autophagy is pivotal for the survival of colorectal cancer cells that have acquired austerity. Furthermore, autophagosome formation was seen only in the tumor cells but not in the adjacent noncancerous epithelial cells of colorectal cancer specimens. Taken together, autophagy is activated in colorectal cancers in vitro and in vivo, and autophagy may contribute to the survival of the cancer cells in their microenvironment.

3507 Background: In the phase 3 PARADIGM trial (NCT02394795), adding panitumumab (PAN) to FOLFOX6 improved overall survival (OS) compared with bevacizumab (BEV) in patients (pts) with RASWT mCRC. In this exploratory analysis, we investigated the role of acquired gene alterations in pts who experienced progressive disease (PD) and the impact of these alterations on post-progression survival (PPS). Methods: PPS was defined as the interval from PD to death. Pre- and post-treatment cell-free DNA (cfDNA) was analyzed using the custom PlasmaSELECT-R 91 PGDx panel (NCT02394834). PFS, OS, and PPS were compared by patterns of acquired gene alterations. Results: Among the enrolled 802 pts, 390 discontinued treatment due to PD, of which 276 (70.8%) had evaluable pre- and post-treatment cfDNA samples (PAN, 126; BEV, 150). PAN pts with acquired RTK/RAS alterations had shorter PPS than those without alterations (13.2 vs 18.8 mo, HR 1.88 [95% CI: 1.28–2.76]) with the same trend in OS. BEV pts with acquired CIMP pathway alterations had shorter PPS than those without (14.9 vs 18.6 mo; HR 1.58 [1.09–2.29]); OS had similar results. Co-occurrence of gene alterations was more frequent in PAN vs BEV (overall 52.4% vs 43.3%, RTK/RAS gene co-alterations 25% vs 10%). Co-occurrence of gene alterations resulted in shorter PPS only in PAN pts. Conclusions: Distinctive patterns of acquired gene alterations were observed in PAN- and BEV-treated pts with PD. Co-occurrence of gene alterations, particularly in the RTK/ RAS pathway, was more prevalent with PAN than BEV. Clinical trial information: NCT02394834 .

Single-cell spatial omics analysis requires consideration of biological functions and mechanisms in a microenvironment. However, microenvironment analysis using bioinformatic methods is limited by the need to detect histological morphology. In this study, we developed SpatialKNife (SKNY), an image-processing-based toolkit that detects spatial domains that potentially reflect histology and extends these domains to the microenvironment. The SKNY algorithm identified tumour spatial domains from spatial transcriptomic data of breast cancer, followed by clustering of these domains, trajectory estimation, and spatial extension to the tumour microenvironment (TME). The results of the trajectory estimation were consistent with the known mechanisms of cancer progression. We observed endothelial cell and macrophage infiltration into the TME at mid-stage progression. Our results suggest that analysis using the spatial domain as a unit reflects pathological mechanisms in the TME. This approach may be applicable to the biological estimation of diverse microenvironments.

Here we report identification of a new class of local structural aberrations in lung cancers. The whole-genome sequencing of cell lines using a long read sequencer, PromethION, demonstrated that typical cancerous mutations, such as point mutations, large deletions and gene fusions can be detected also on this platform. Unexpectedly, we revealed unique structural aberrations consisting of complex combinations of local duplications, inversions and micro deletions. We further analyzed and found that these mutations also occur in vivo, even in key cancer-related genes. These mutations may elucidate the molecular etiology of patients for whom causative cancerous events and therapeutic strategies remain elusive.

Abstract The interaction of tumor cells and their microenvironment is thought to be a key factor in tumor development. We present spatial RNA profiles obtained from 30 lung adenocarcinoma patients at the non-invasive and later invasive stages. We use spatial transcriptome sequencing data in conjunction with in situ RNA profiling to conduct higher resolution analyses. The detailed examination of each case, as well as the subsequent computational analyses based on the observed diverse profiles, reveals that significant changes in the phenotypic appearances of tumor cells are frequently associated with changes in immune cell features. The phenomenon coincides with the induction of a series of cellular expression programs that enable tumor cells to transform and break through the immune cell barrier, allowing them to progress further. The study shows how lung tumors develop through interaction in their microenvironments.