An international consortium of colorectal cancer researchers undertakes a large-scale data sharing project to achieve a consensus molecular classification of colorectal cancers. Colorectal cancer (CRC) is a frequently lethal disease with heterogeneous outcomes and drug responses. To resolve inconsistencies among the reported gene expression–based CRC classifications and facilitate clinical translation, we formed an international consortium dedicated to large-scale data sharing and analytics across expert groups. We show marked interconnectivity between six independent classification systems coalescing into four consensus molecular subtypes (CMSs) with distinguishing features: CMS1 (microsatellite instability immune, 14%), hypermutated, microsatellite unstable and strong immune activation; CMS2 (canonical, 37%), epithelial, marked WNT and MYC signaling activation; CMS3 (metabolic, 13%), epithelial and evident metabolic dysregulation; and CMS4 (mesenchymal, 23%), prominent transforming growth factor–β activation, stromal invasion and angiogenesis. Samples with mixed features (13%) possibly represent a transition phenotype or intratumoral heterogeneity. We consider the CMS groups the most robust classification system currently available for CRC—with clear biological interpretability—and the basis for future clinical stratification and subtype-based targeted interventions.

This report describes the identification of three molecularly distinct subtypes of pancreatic ductal adenocarninoma (PDA). The classical, quasimesenchymal and exocrine subtypes can further stratify tumors with the same genetic alterations, and could be useful to improve prognosis and predict treatment response. Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is a lethal disease. Overall survival is typically 6 months from diagnosis1. Numerous phase 3 trials of agents effective in other malignancies have failed to benefit unselected PDA populations, although patients do occasionally respond. Studies in other solid tumors have shown that heterogeneity in response is determined, in part, by molecular differences between tumors. Furthermore, treatment outcomes are improved by targeting drugs to tumor subtypes in which they are selectively effective, with breast2 and lung3 cancers providing recent examples. Identification of PDA molecular subtypes has been frustrated by a paucity of tumor specimens available for study. We have overcome this problem by combined analysis of transcriptional profiles of primary PDA samples from several studies, along with human and mouse PDA cell lines. We define three PDA subtypes: classical, quasimesenchymal and exocrine-like, and we present evidence for clinical outcome and therapeutic response differences between them. We further define gene signatures for these subtypes that may have utility in stratifying patients for treatment and present preclinical model systems that may be used to identify new subtype specific therapies.

Cancer organoids to model therapy response Cancer organoids are miniature, three-dimensional cell culture models that can be made from primary patient tumors and studied in the laboratory. Vlachogiannis et al. asked whether such “tumor-in-a-dish” approaches can be used to predict drug responses in the clinic. They generated a live organoid biobank from patients with metastatic gastrointestinal cancer who had previously been enrolled in phase I or II clinical trials. This allowed the authors to compare organoid drug responses with how the patient actually responded in the clinic. Encouragingly, the organoids had similar molecular profiles to those of the patient tumor, reinforcing their value as a platform for drug screening and development. Science , this issue p. 920

Gene-expression profiles from over 1,000 colorectal tumors define six subtypes with specific phenotypical features, responses to therapy and clinical progression. Colorectal cancer (CRC) is a major cause of cancer mortality. Whereas some patients respond well to therapy, others do not, and thus more precise, individualized treatment strategies are needed. To that end, we analyzed gene expression profiles from 1,290 CRC tumors using consensus-based unsupervised clustering. The resultant clusters were then associated with therapeutic response data to the epidermal growth factor receptor–targeted drug cetuximab in 80 patients. The results of these studies define six clinically relevant CRC subtypes. Each subtype shares similarities to distinct cell types within the normal colon crypt and shows differing degrees of 'stemness' and Wnt signaling. Subtype-specific gene signatures are proposed to identify these subtypes. Three subtypes have markedly better disease-free survival (DFS) after surgical resection, suggesting these patients might be spared from the adverse effects of chemotherapy when they have localized disease. One of these three subtypes, identified by filamin A expression, does not respond to cetuximab but may respond to cMET receptor tyrosine kinase inhibitors in the metastatic setting. Two other subtypes, with poor and intermediate DFS, associate with improved response to the chemotherapy regimen FOLFIRI1 in adjuvant or metastatic settings. Development of clinically deployable assays for these subtypes and of subtype-specific therapies may contribute to more effective management of this challenging disease.

Activating mutations in KRAS are among the most frequent events in diverse human carcinomas and are particularly prominent in human pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). An inducible KrasG12D-driven mouse model of PDAC has established a critical role for sustained KrasG12D expression in tumor maintenance, providing a model to determine the potential for and the underlying mechanisms of KrasG12D–independent PDAC recurrence. Here, we show that some tumors undergo spontaneous relapse and are devoid of KrasG12D expression and downstream canonical MAPK signaling and instead acquire amplification and overexpression of the transcriptional coactivator Yap1. Functional studies established the role of Yap1 and the transcriptional factor Tead2 in driving KrasG12D-independent tumor maintenance. The Yap1/Tead2 complex acts cooperatively with E2F transcription factors to activate a cell cycle and DNA replication program. Our studies, along with corroborating evidence from human PDAC models, portend a novel mechanism of escape from oncogenic Kras addiction in PDAC.

Breast cancers are comprised of molecularly distinct subtypes that may respond differently to pathway-targeted therapies now under development. Collections of breast cancer cell lines mirror many of the molecular subtypes and pathways found in tumors, suggesting that treatment of cell lines with candidate therapeutic compounds can guide identification of associations between molecular subtypes, pathways, and drug response. In a test of 77 therapeutic compounds, nearly all drugs showed differential responses across these cell lines, and approximately one third showed subtype-, pathway-, and/or genomic aberration-specific responses. These observations suggest mechanisms of response and resistance and may inform efforts to develop molecular assays that predict clinical response.

Abstract Cancer‐associated fibroblasts (CAF) are orchestrators of the pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) microenvironment. Stromal heterogeneity may explain differential pathophysiological roles of the stroma (pro‐ versus anti‐tumoural) in PDAC. We hypothesised that multiple CAF functional subtypes exist in PDAC, that contribute to stromal heterogeneity through interactions with cancer cells. Using molecular and functional analysis of patient‐derived CAF primary cultures, we demonstrated that human PDAC‐derived CAFs display a high level of inter‐ and intra‐tumour heterogeneity. We identified at least four subtypes of CAFs based on transcriptomic analysis, and propose a classification for human PDAC‐derived CAFs (pCAFassigner). Multiple CAF subtypes co‐existed in individual patient samples. The presence of these CAF subtypes in bulk tumours was confirmed using publicly available gene expression profiles, and immunostainings of CAF subtype markers. Each subtype displayed specific phenotypic features (matrix‐ and immune‐related signatures, vimentin and α‐smooth muscle actin expression, proliferation rate), and was associated with an assessable prognostic impact. A prolonged exposure of non‐tumoural pancreatic stellate cells to conditioned media from cancer cell lines (cancer education experiment) induced a CAF‐like phenotype, including loss of capacity to revert to quiescence and an increase in the expression of genes related to CAF subtypes B and C. This classification demonstrates molecular and functional inter‐ and intra‐tumoural heterogeneity of CAFs in human PDAC. Our subtypes overlap with those identified from single‐cell analyses in other cancers, and pave the way for the development of therapies targeting specific CAF subpopulations in PDAC. © 2018 The Authors. The Journal of Pathology published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Pathological Society of Great Britain and Ireland.

ABSTRACT Colorectal cancer (CRC), a disease of high incidence and mortality, has had few treatment advances owing to a large degree of inter- and intratumoral heterogeneity. Attempts to classify subtypes of colorectal cancer to develop treatment strategies has been attempted by Consensus Molecular Subtypes (CMS) classification. However, the cellular etiology of CMS classification is incompletely understood and controversial. Here, we generated and analyzed a single-cell transcriptome atlas of 49,859 CRC cells from 16 patients, validated with an additional 31,383 cells from an independent CRC patient cohort. We describe subclonal transcriptomic heterogeneity of CRC tumor epithelial cells, as well as discrete stromal populations of cancer-associated fibroblasts (CAFs). Within CRC CAFs, we identify the transcriptional signature of specific subtypes (CAF-S1 and CAF-S4) in more than 1,500 CRC patients using bulk transcriptomic data that significantly stratifies overall survival in multiple independent cohorts. We also uncovered two CAF-S1 subpopulations, ecm-myCAF and TGFß-myCAF, known to be associated with primary resistance to immunotherapies. We demonstrate that scRNA analysis of malignant, stromal, and immune cells exhibit a more complex picture than portrayed by bulk transcriptomic-based Consensus Molecular Subtypes (CMS) classification. By demonstrating an abundant degree of heterogeneity amongst these cell types, our work shows that CRC is best represented in a transcriptomic continuum crossing traditional classification systems boundaries. Overall, this CRC cell map provides a framework to re-evaluate CRC tumor biology with implications for clinical trial design and therapeutic development.

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.

While the heterogeneity of cancer is increasingly appreciated, it is also clear that recurrently deregulated pathways are shared between tumors across tissue types. To identify similarities in subsets of tumors from multiple epithelial organs, we performed transcriptome profile analysis of different epithelial tumors and cell lines (n=2928) from 17 different organs. We identified three to seven consensus gene expression subtypes in epithelial tumors and cell lines, irrespective of the organ-specific origin. These consensus subtypes showed biological significance. Moreover, we identified specific gene signatures that could be used to develop clinical assays for future application of this classification system. Overall, our study identifies consensus transcriptome subtypes across organ-specific tumors and highlights new avenues for precision therapy irrespective of the organ of origin.