Initiation of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is definitively linked to activating mutations in the KRAS oncogene. However, PDA mouse models show that mutant Kras expression early in development gives rise to a normal pancreas, with tumors forming only after a long latency or pancreatitis induction. Here, we show that oncogenic KRAS upregulates endogenous EGFR expression and activation, the latter being dependent on the EGFR ligand sheddase, ADAM17. Genetic ablation or pharmacological inhibition of EGFR or ADAM17 effectively eliminates KRAS-driven tumorigenesis in vivo. Without EGFR activity, active RAS levels are not sufficient to induce robust MEK/ERK activity, a requirement for epithelial transformation.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is characterized by an immune-suppressive tumor microenvironment that renders it largely refractory to immunotherapy. We implemented a multimodal analysis approach to elucidate the immune landscape in PDA. Using a combination of CyTOF, single-cell RNA sequencing, and multiplex immunohistochemistry on patient tumors, matched blood, and non-malignant samples, we uncovered a complex network of immune-suppressive cellular interactions. These experiments revealed heterogeneous expression of immune checkpoint receptors in individual patient's T cells and increased markers of CD8

Abstract Regulatory T cells (Treg) are abundant in human and mouse pancreatic cancer. To understand the contribution to the immunosuppressive microenvironment, we depleted Tregs in a mouse model of pancreatic cancer. Contrary to our expectations, Treg depletion failed to relieve immunosuppression and led to accelerated tumor progression. We show that Tregs are a key source of TGFβ ligands and, accordingly, their depletion reprogramed the fibroblast population, with loss of tumor-restraining, smooth muscle actin–expressing fibroblasts. Conversely, we observed an increase in chemokines Ccl3, Ccl6, and Ccl8 leading to increased myeloid cell recruitment, restoration of immune suppression, and promotion of carcinogenesis, an effect that was inhibited by blockade of the common CCL3/6/8 receptor CCR1. Further, Treg depletion unleashed pathologic CD4+ T-cell responses. Our data point to new mechanisms regulating fibroblast differentiation in pancreatic cancer and support the notion that fibroblasts are a heterogeneous population with different and opposing functions in pancreatic carcinogenesis. Significance: Here, we describe an unexpected cross-talk between Tregs and fibroblasts in pancreatic cancer. Treg depletion resulted in differentiation of inflammatory fibroblast subsets, in turn driving infiltration of myeloid cells through CCR1, thus uncovering a potentially new therapeutic approach to relieve immunosuppression in pancreatic cancer. See related commentary by Aykut et al., p. 345. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 327

Abstract Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is a lethal disease characterized by high invasiveness, therapeutic resistance, and metabolic aberrations. Although altered metabolism drives PDA growth and survival, the complete spectrum of metabolites used as nutrients by PDA remains largely unknown. Here, we aimed to determine novel nutrients utilized by PDA. We assessed how >175 metabolites impacted metabolic activity in 19 PDA cell lines under nutrient-restricted conditions. This analysis identified uridine as a novel metabolite driver of PDA survival in glucose-deprived conditions. Uridine utilization strongly correlated with expression of the enzyme uridine phosphorylase 1 (UPP1). Metabolomics profiling, notably 13 C-stable isotope tracing, revealed that uridine-derived ribose is the relevant component supporting redox balance, survival, and proliferation in glucose-deprived PDA cells. We demonstrate that UPP1 catabolizes uridine, shunting its ribose component into central carbon metabolism to support glycolysis, the tricarboxylic acid (TCA) cycle and nucleotide biosynthesis. Compared to non-tumoral tissues, we show that PDA tumors express high UPP1 , which correlated with poor overall survival in multiple patient cohorts. Further, uridine is enriched in the pancreatic tumor microenvironment, and we demonstrate that this may be provided in part by tumor associated macrophages. Finally, we found that inhibition of UPP1 restricted the ability of PDA cells to use uridine, and that UPP1 knockout impairs tumor growth in vivo . Our data identifies uridine catabolism as a critical aspect of compensatory metabolism in nutrient-deprived PDA cells, suggesting a novel metabolic axis for PDA therapy.

Abstract An extensive fibroinflammatory stroma rich in macrophages is a hallmark of pancreatic cancer. In this disease, it is well appreciated that macrophages are immunosuppressive and contribute to the poor response to immunotherapy; however, the mechanisms of immune suppression are complex and not fully understood. Immunosuppressive macrophages are classically defined by expression of the enzyme Arginase 1 (Arg1), which we demonstrated is potently expressed in pancreatic tumor associated macrophages from both human patients and mouse models. While routinely used as a polarization marker, Arg1 also catabolizes arginine, an amino acid required for T cell activation and proliferation. To investigate this metabolic function, we used a genetic and a pharmacologic approach to target Arg1 in pancreatic cancer. Genetic inactivation of Arg1 in macrophages, using a dual recombinase genetically engineered mouse model of pancreatic cancer, delayed formation of invasive disease, while increasing CD8 + T cell infiltration. Treatment of established tumors with the arginase inhibitor CB-1158 exhibited further increased CD8 + T cell infiltration, beyond that seen with the macrophage-specific knockout, and sensitized the tumors to anti-PD1 immune checkpoint blockade. Thus, our data demonstrate that Arg1 is more than simply a marker of macrophage function. Rather, Arg1 is also a driver of immune suppression and represents a promising immunotherapeutic target for pancreatic cancer.

ABSTRACT Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is characterized by an extensive fibroinflammatory stroma and often experiences conditions of insufficient oxygen availability, or hypoxia. Cancer-associated fibroblasts (CAF) are a predominant and heterogeneous population of stromal cells within the pancreatic tumor microenvironment. Here, we uncover a previously unrecognized role for hypoxia in driving an inflammatory phenotype in PDAC CAFs. We identify hypoxia as a strong inducer of tumor IL1α expression, which is required for inflammatory CAF (iCAF) formation. Notably, iCAFs preferentially reside in hypoxic regions of PDAC. Our data implicate hypoxia as a critical regulator of CAF heterogeneity in PDAC.

Abstract The adult healthy human pancreas has been poorly studied given lack of indication to obtain tissue from the pancreas in the absence of disease and rapid postmortem degradation. We obtained pancreata from brain dead donors thus avoiding any warm ischemia time. The 30 donors were diverse in age and race and had no known pancreas disease. Histopathological analysis of the samples revealed PanIN lesions in most individuals irrespective of age. Using a combination of multiplex immunohistochemistry, single cell RNA sequencing, and spatial transcriptomics, we provide the first ever characterization of the unique microenvironment of the adult human pancreas and of sporadic PanIN lesions. We compared healthy pancreata to pancreatic cancer and peritumoral tissue and observed distinct transcriptomic signatures in fibroblasts, and, to a lesser extent, macrophages. PanIN epithelial cells from healthy pancreata were remarkably transcriptionally similar to cancer cells, suggesting that neoplastic pathways are initiated early in tumorigenesis. Statement of significance The causes underlying the onset of pancreatic cancer remain largely unknown, hampering early detection and prevention strategies. Here, we show that PanIN are abundant in healthy individuals and present at a much higher rate than the incidence of pancreatic cancer, setting the stage for efforts to elucidate the microenvironmental and cell intrinsic factors that restrain, or, conversely, promote, malignant progression.

Abstract Pancreatic cancer is characterized by an extensive fibroinflammatory microenvironment. During carcinogenesis, normal stromal cells are converted to cytokine-high cancer associated fibroblasts (CAFs). The mechanisms underlying this conversion, including regulation and function of fibroblast-derived cytokines, are poorly understood. Thus, efforts to target CAFs therapeutically have so far failed. Here, we show that signals from epithelial cells expressing oncogenic KRAS –a hallmark pancreatic cancer mutation– activate fibroblast autocrine signaling, which drives expression of the cytokine interleukin-33 (IL-33). Stromal IL-33 expression remains high and dependent on epithelial KRAS throughout carcinogenesis; in turn, environmental stress induces IL-33 secretion. Using compartment-specific IL-33 knockout mice, we observed that lack of stromal IL-33 leads to profound reprogramming of multiple components of the pancreatic tumor microenvironment, including CAFs, myeloid cells and lymphocytes. Notably, loss of stromal IL-33 leads to an increase in CD8+ T cell infiltration and activation, and, ultimately, reduced tumor growth.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) continues to have a dismal prognosis. The poor survival of patients with PDA has been attributed to a high rate of early metastasis and low efficacy of current therapies, which partly result from its complex immunosuppressive tumor microenvironment. Previous studies from our group and others have shown that tumor-associated macrophages (TAMs) are instrumental in maintaining immunosuppression in PDA. Here, we explored the role of Notch signaling, a key regulator of immune response, within the PDA microenvironment. We identified Notch pathway components in multiple immune cell types within human and mouse pancreatic cancer. TAMs, the most abundant immune cell population in the tumor microenvironment, express high levels of Notch receptors with cognate ligands such as JAG1 expressed on tumor epithelial cells, endothelial cells and fibroblasts. TAMs with activated Notch signaling expressed higher levels of immunosuppressive mediators including arginase 1 (Arg1) suggesting that Notch signaling plays a role in macrophage polarization within the PDA microenvironment. Combination of Notch inhibition with PD-1 blockade resulted in increased cytotoxic T cell infiltration, tumor cell apoptosis, and smaller tumor size. Our work implicates macrophage Notch signaling in the establishment of immunosuppression and indicates that targeting the Notch pathway may improve the efficacy of immune-based therapies in PDA patients.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is one of the deadliest solid malignancies, with a 5-year survival rate at ten percent. PDA have unique metabolic adaptations in response to cell-intrinsic and environmental stressors, and identifying new strategies to target these adaptions is an area of active research. We previously described a dependency on a cytosolic aspartate aminotransaminase (GOT1)-dependent pathway for NADPH generation. Here, we sought to identify metabolic dependencies induced by GOT1 inhibition that could be exploited to selectively kill PDA. Using pharmacological methods, we identified cysteine, glutathione, and lipid antioxidant function as metabolic vulnerabilities following GOT1 withdrawal. Targeting any of these pathways was synthetic lethal in GOT1 knockdown cells and triggered ferroptosis, an oxidative, non-apoptotic, iron-dependent form of cell death. Mechanistically, GOT1 inhibition promoted the activation of autophagy in response to metabolic stress. This enhanced the availability of labile iron through ferritinophagy, the autolysosome-mediated degradation of ferritin. In sum, our study identifies a novel biochemical connection between GOT1, iron regulation, and ferroptosis, and suggests the rewired malate-aspartate shuttle plays a role in protecting PDA from severe oxidative challenge.