Abstract Immunosuppressive elements within the tumor microenvironment such as Tumor Associated Macrophages (TAMs) can present a barrier to successful anti-tumor responses by cytolytic T cells. We employed preclinical syngeneic p53 null mouse models of triple negative breast cancer (TNBC) to develop a treatment regimen that harnessed the immunostimulatory effects of low-dose cyclophosphamide coupled with the pharmacologic inhibition of TAMs using either a small molecule CSF1R inhibitor or an anti-CSF1R antibody. This therapeutic combination was used to successfully treat several highly aggressive TNBC murine mammary tumors and lung metastasis. Using this regimen and single cell RNA sequencing we characterized tumor infiltrating lymphocytes (TILs) including helper T cells and antigen-presenting B cells that were highly enriched in good responders to combination therapy. Using high dimensional imaging techniques, we identified the close spatial localization of B220+ CD86+ activated B cells and CD4+ T cells in tertiary lymphoid structures that were present up to 6 weeks post-treatment in one model that also exhibited long-term tumor regression post-treatment. We also characterized the transcriptional and metabolic heterogeneity of TAMS in these two closely related claudin-low/mesenchymal subtype tumor models with differential treatment responses. A murine TAM signature derived from the T12 model is highly expressed and conserved in human claudin-low breast cancers, and high expression of the T12 signature correlated with reduced overall survival. This T12 tumor TAM signature may help identify human claudin-low breast cancer patients that will benefit from the combination of cyclophosphamide and anti-CSF1R therapy. These studies illustrate the complexity of the tumor immune microenvironment and highlight different immune responses that result from rationale combinations of immunotherapy. Significance A treatment regimen that harnessed the immunostimulatory effects of cyclophosphamide coupled with the inhibition of CSF1R was used to successfully treat several highly aggressive claudin-low TNBC murine mammary tumors and lung metastasis.

Protein synthesis is frequently dysregulated in cancer and selective inhibition of mRNA translation represents an attractive cancer therapy. Here, we show that therapeutically targeting the RNA helicase eIF4A by Zotatifin, the first-in-class eIF4A inhibitor, exerts pleiotropic effects on both tumor cells and the tumor immune microenvironment in a diverse cohort of syngeneic triple-negative breast cancer (TNBC) mouse models. Zotatifin not only suppresses tumor cell proliferation but also directly repolarizes macrophages towards an M1-like phenotype and inhibits neutrophil infiltration, which sensitizes tumors to immune checkpoint blockade. Mechanistic studies revealed that Zotatifin reprograms the tumor translational landscape, inhibits the translation of Sox4 and Fgfr1, and induces an interferon response uniformly across models. The induction of an interferon response is partially due to the inhibition of Sox4 translation by Zotatifin. A similar induction of interferon-stimulated genes was observed in breast cancer patient biopsies following Zotatifin treatment. Surprisingly, Zotatifin significantly synergizes with carboplatin to trigger DNA damage and an even heightened interferon response resulting in T cell-dependent tumor suppression. These studies identified a vulnerability of eIF4A in TNBC, potential pharmacodynamic biomarkers for Zotatifin, and provide a rationale for new combination regimens comprising Zotatifin and chemotherapy or immunotherapy as treatments for TNBC.

Abstract Polo-like kinase (PLK) family members play important roles in cell cycle regulation. The founding member PLK1 is oncogenic and preclinically validated as a cancer therapeutic target. Paradoxically, PLK2 (chromosome 5q11.2) is frequently deleted in human breast cancers, preferentially in basal-like and triple-negative breast cancer subtypes. Here, we found that PLK2 was tumor suppressive in breast cancer and knockdown of PLK1 rescued phenotypes induced by PLK2-loss both in vitro and in vivo . We also demonstrated that PLK2 directly interacted with PLK1 at prometaphase and that mutations in the kinase domain of PLK2, but not polo-box binding domains, changed their interaction pattern. Furthermore, treatment of syngeneic transplantation mouse tumor models and patient-derived xenografts using the PLK1 inhibitor volasertib alone, or in combination with carboplatin, indicated that PLK2-low breast tumors had a significantly better response to these drugs. Re-expression of PLK2 in an inducible PLK2-null mouse model reduced the therapeutic efficacy of volasertib. Taken together, our data suggest PLK2 loss may serve as a biomarker to predict response to PLK1 therapeutics, alone and in combination with chemotherapy. Significance The tumor suppressive role of PLK2, and its relationship with the oncogene PLK1, provide a mechanistic rationalization to use PLK1 inhibitors in combination with chemotherapy to treat PLK2 low/deleted tumors. TNBC, and other cancers with low PLK2 expression, are such candidates to leverage precision medicine to identify patients who might benefit from treatment with these inhibitors.