DeNardo and colleagues report that inhibiting focal adhesion kinase in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) in mice reduces fibrosis and improves the efficacy of tumor immunotherapy. These findings suggest an approach to overcome the immunosuppressive tumor microenvironment of PDAC. Single-agent immunotherapy has achieved limited clinical benefit to date in patients with pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). This may be a result of the presence of a uniquely immunosuppressive tumor microenvironment (TME). Critical obstacles to immunotherapy in PDAC tumors include a high number of tumor-associated immunosuppressive cells and a uniquely desmoplastic stroma that functions as a barrier to T cell infiltration. We identified hyperactivated focal adhesion kinase (FAK) activity in neoplastic PDAC cells as an important regulator of the fibrotic and immunosuppressive TME. We found that FAK activity was elevated in human PDAC tissues and correlated with high levels of fibrosis and poor CD8+ cytotoxic T cell infiltration. Single-agent FAK inhibition using the selective FAK inhibitor VS-4718 substantially limited tumor progression, resulting in a doubling of survival in the p48-Cre;LSL-KrasG12D;Trp53flox/+ (KPC) mouse model of human PDAC. This delay in tumor progression was associated with markedly reduced tumor fibrosis and decreased numbers of tumor-infiltrating immunosuppressive cells. We also found that FAK inhibition rendered the previously unresponsive KPC mouse model responsive to T cell immunotherapy and PD-1 antagonists. These data suggest that FAK inhibition increases immune surveillance by overcoming the fibrotic and immunosuppressive PDAC TME and renders tumors responsive to immunotherapy.

Tumor-associated macrophages (TAMs) are essential components of the cancer microenvironment and play critical roles in the regulation of tumor progression. Optimal therapeutic intervention requires in-depth understanding of the sources that sustain macrophages in malignant tissues. In this study, we investigated the ontogeny of TAMs in murine pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) models. We identified both inflammatory monocytes and tissue-resident macrophages as sources of TAMs. Unexpectedly, significant portions of pancreas-resident macrophages originated from embryonic development and expanded through in situ proliferation during tumor progression. Whereas monocyte-derived TAMs played more potent roles in antigen presentation, embryonically derived TAMs exhibited a pro-fibrotic transcriptional profile, indicative of their role in producing and remodeling molecules in the extracellular matrix. Collectively, these findings uncover the heterogeneity of TAM origin and functions and could provide therapeutic insight for PDAC treatment.

The mammalian immune system discriminates between modes of cell death; necrosis often results in inflammation and adaptive immunity, whereas apoptosis tends to be anti-inflammatory and promote immune tolerance. We have examined apoptosis for the features responsible for tolerance; specifically, we looked at the roles of caspases and mitochondria. Our results show that caspase activation targeted the mitochondria to produce reactive oxygen species (ROS), which were critical to tolerance induction by apoptotic cells. ROS oxidized the potential danger signal high-mobility group box-1 protein (HMGB1) released from dying cells and thereby neutralized its stimulatory activity. Apoptotic cells failed to induce tolerance and instead stimulated immune responses by scavenging or by mutating a mitochondrial caspase target protein when ROS activity was prohibited. Similarly, blocking sites of oxidation in HMGB1 prevented tolerance induction by apoptotic cells. These results suggest that caspase-orchestrated mitochondrial events determine the impact of apoptotic cells on the immune response.

We examined the relationship between cell death and tolerance induction following antigen injection into the anterior chamber of the eye. Our data show that when inflammatory cells undergo apoptosis following infection with HSV-1, tolerance to the virus was observed. In contrast, when cell death was absent due to defects in Fas or FasL, immune tolerance was not observed. Further studies revealed that cell death and tolerance required that the lymphoid cells be Fas+ and the eye be FasL+. Additionally, we show that while Fas/FasL-mediated apoptosis occurred in the eye, it was apoptotic cell death that was critical for tolerance induction. Our results further demonstrate immune privilege is not a passive process involving physical barriers, but is an active process that employs an important natural mechanism to induce cell death and immune tolerance.

Myeloid-derived suppressor cells (MDSC) are a heterogeneous population of immunosuppressive cells that are upregulated in cancer. Little is known about the prevalence and importance of MDSC in pancreas adenocarcinoma (PA). Peripheral blood, bone marrow, and tumor samples were collected from pancreatic cancer patients, analyzed for MDSC (CD15+CD11b+) by flow cytometry and compared to cancer-free controls. The suppressive capacity of MDSC (CD11b+Gr-1+) and the effectiveness of MDSC depletion were assessed in C57BL/6 mice inoculated with Pan02, a murine PA, and treated with placebo or zoledronic acid, a potent aminobisphosphonate previously shown to target MDSC. The tumor microenvironment was analyzed for MDSC (Gr1+CD11b+), effector T cells, and tumor cytokine levels. Patients with PA demonstrated increased frequency of MDSC in the bone marrow and peripheral circulation which correlated with disease stage. Normal pancreas tissue showed no MDSC infiltrate, while human tumors avidly recruited MDSC. Murine tumors similarly recruited MDSC that suppressed CD8+ T cells in vitro and accelerated tumor growth in vivo. Treatment with zoledronic acid impaired intratumoral MDSC accumulation resulting in delayed tumor growth rate, prolonged median survival, and increased recruitment of T cells to the tumor. This was associated with a more robust type 1 response with increased levels of IFN-γ and decreased levels of IL-10. MDSC are important mediators of tumor-induced immunosuppression in pancreatic cancer. Inhibiting MDSC accumulation with zoledronic acid improves the host anti-tumor response in animal studies suggesting that efforts to block MDSC may represent a novel treatment strategy for pancreatic cancer.

Chromatin accessibility is essential in regulating gene expression and cellular identity, and alterations in accessibility have been implicated in driving cancer initiation, progression and metastasis1-4. Although the genetic contributions to oncogenic transitions have been investigated, epigenetic drivers remain less understood. Here we constructed a pan-cancer epigenetic and transcriptomic atlas using single-nucleus chromatin accessibility data (using single-nucleus assay for transposase-accessible chromatin) from 225 samples and matched single-cell or single-nucleus RNA-sequencing expression data from 206 samples. With over 1 million cells from each platform analysed through the enrichment of accessible chromatin regions, transcription factor motifs and regulons, we identified epigenetic drivers associated with cancer transitions. Some epigenetic drivers appeared in multiple cancers (for example, regulatory regions of ABCC1 and VEGFA; GATA6 and FOX-family motifs), whereas others were cancer specific (for example, regulatory regions of FGF19, ASAP2 and EN1, and the PBX3 motif). Among epigenetically altered pathways, TP53, hypoxia and TNF signalling were linked to cancer initiation, whereas oestrogen response, epithelial-mesenchymal transition and apical junction were tied to metastatic transition. Furthermore, we revealed a marked correlation between enhancer accessibility and gene expression and uncovered cooperation between epigenetic and genetic drivers. This atlas provides a foundation for further investigation of epigenetic dynamics in cancer transitions.

SUMMARY Pancreatic Ductal Adenocarcinoma (PDAC) is a lethal disease with limited treatment options and poor survival. We studied 73 samples from 21 patients (7 treatment-naïve and 14 treated with neoadjuvant regimens), analyzing distinct spatial units and performing bulk proteogenomics, single cell sequencing, and cellular imaging. Spatial drivers, including mutant KRAS , SMAD4 , and GNAQ, were associated with differential phosphosignaling and metabolic responses compared to wild type. Single cell subtyping discovered 12 of 21 tumors with mixed basal and classical features. Trefoil factor family members were upregulated in classical populations, while the basal populations showed enhanced expression of mesenchymal genes, including VIM and IGTB1 . Acinar-ductal metaplasia (ADM) populations, present in 95% of patients, with 46% reduction of driver mutation fractions compared to tumor populations, exhibited suppressive and oncogenic features linked to morphologic states. We identified coordinated expression of TIGIT in exhausted and regulatory T cells and Nectin receptor expression in tumor cells. Higher expression of angiogenic and stress response genes in dendritic cells compared to tumor cells suggests they have a pro-tumorigenic role in remodeling the microenvironment. Treated samples contain a three-fold enrichment of inflammatory CAFs when compared to untreated samples, while other CAF subtypes remain similar. A subset of tumor and/or ADM-specific biomarkers showed differential expression between treatment groups, and several known drug targets displayed potential cross-cell type reactivities. This resolution that spatially defined single cell omics provides reveals the diversity of tumor and microenvironment populations in PDAC. Such understanding may lead to more optimal treatment regimens for patients with this devastating disease. HIGHLIGHTS Acinar-ductal metaplasia (ADM) cells represent a genetic and morphologic transition state between acinar and tumor cells. Inflammatory cancer associated fibroblasts (iCAFs) are a major component of the PDAC TME and are significantly higher in treated samples Receptor-ligand analysis reveals tumor cell-TME interactions through NECTIN4-TIGIT Tumor and ADM cell proteogenomics differ between treated and untreated samples, with unique and shared potential drug targets

ABSTRACT Breast cancer is a heterogeneous disease, and treatment is guided by biomarker profiles representing distinct molecular subtypes. Breast cancer arises from the breast ductal epithelium, and experimental data suggests breast cancer subtypes have different cells of origin within that lineage. The precise cells of origin for each subtype and the transcriptional networks that characterize these tumor-normal lineages are not established. In this work, we applied bulk, single-cell (sc), and single-nucleus (sn) multi-omic techniques as well as spatial transcriptomics and multiplex imaging on 61 samples from 37 breast cancer patients to show characteristic links in gene expression and chromatin accessibility between breast cancer subtypes and their putative cells of origin. We applied the PAM50 subtyping algorithm in tandem with bulk RNA-seq and snRNA-seq to reliably subtype even low-purity tumor samples and confirm promoter accessibility using snATAC. Trajectory analysis of chromatin accessibility and differentially accessible motifs clearly connected progenitor populations with breast cancer subtypes supporting the cell of origin for basal-like and luminal A and B tumors. Regulatory network analysis of transcription factors underscored the importance of BHLHE40 in luminal breast cancer and luminal mature cells, and KLF5 in basal-like tumors and luminal progenitor cells. Furthermore, we identify key genes defining the basal-like ( PRKCA , SOX6 , RGS6 , KCNQ3 ) and luminal A/B ( FAM155A , LRP1B ) lineages, with expression in both precursor and cancer cells and further upregulation in tumors. Exhausted CTLA4-expressing CD8+ T cells were enriched in basal-like breast cancer, suggesting altered means of immune dysfunction among breast cancer subtypes. We used spatial transcriptomics and multiplex imaging to provide spatial detail for key markers of benign and malignant cell types and immune cell colocation. These findings demonstrate analysis of paired transcription and chromatin accessibility at the single cell level is a powerful tool for investigating breast cancer lineage development and highlight transcriptional networks that define basal and luminal breast cancer lineages.