Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is an aggressive disease characterized by an intense fibrotic stromal response and deregulated metabolism. The role of the stroma in PDAC biology is complex and it has been shown to play critical roles that differ depending on the biological context. The stromal reaction also impairs the vasculature, leading to a highly hypoxic, nutrient-poor environment. As such, these tumours must alter how they capture and use nutrients to support their metabolic needs. Here we show that stroma-associated pancreatic stellate cells (PSCs) are critical for PDAC metabolism through the secretion of non-essential amino acids (NEAA). Specifically, we uncover a previously undescribed role for alanine, which outcompetes glucose and glutamine-derived carbon in PDAC to fuel the tricarboxylic acid (TCA) cycle, and thus NEAA and lipid biosynthesis. This shift in fuel source decreases the tumour’s dependence on glucose and serum-derived nutrients, which are limited in the pancreatic tumour microenvironment. Moreover, we demonstrate that alanine secretion by PSCs is dependent on PSC autophagy, a process that is stimulated by cancer cells. Thus, our results demonstrate a novel metabolic interaction between PSCs and cancer cells, in which PSC-derived alanine acts as an alternative carbon source. This finding highlights a previously unappreciated metabolic network within pancreatic tumours in which diverse fuel sources are used to promote growth in an austere tumour microenvironment.

Ferroptotic cell death and cancer Cell death can occur through different mechanisms, several of which are being explored as potential targets for cancer treatment. One form of cell death that has attracted recent interest is ferroptosis, which is triggered by high intracellular levels of lipid reactive oxygen species. Pancreatic cancer cells have high levels of reactive oxygen species but manage to avoid ferroptosis by importing extracellular cysteine. Studying mice bearing pancreatic tumors, Badgley et al. found that administration of a drug inhibiting cysteine import induced tumor-selective ferroptosis and inhibited tumor growth. Further work will be required to determine whether this therapeutic strategy will be effective in human pancreatic cancer, a tumor type for which new treatments are urgently needed. Science , this issue p. 85

Abnormal epigenetic patterns correlate with effector T cell malfunction in tumours1–4, but the cause of this link is unknown. Here we show that tumour cells disrupt methionine metabolism in CD8+ T cells, thereby lowering intracellular levels of methionine and the methyl donor S-adenosylmethionine (SAM) and resulting in loss of dimethylation at lysine 79 of histone H3 (H3K79me2). Loss of H3K79me2 led to low expression of STAT5 and impaired T cell immunity. Mechanistically, tumour cells avidly consumed methionine and outcompeted T cells for methionine by expressing high levels of the methionine transporter SLC43A2. Genetic and biochemical inhibition of tumour SLC43A2 restored H3K79me2 in T cells, thereby boosting spontaneous and checkpoint-induced tumour immunity. Moreover, methionine supplementation improved the expression of H3K79me2 and STAT5 in T cells, and this was accompanied by increased T cell immunity in tumour-bearing mice and patients with colon cancer. Clinically, tumour SLC43A2 correlated negatively with T cell histone methylation and functional gene signatures. Our results identify a mechanistic connection between methionine metabolism, histone patterns, and T cell immunity in the tumour microenvironment. Thus, cancer methionine consumption is an immune evasion mechanism, and targeting cancer methionine signalling may provide an immunotherapeutic approach. Expression of the transporter SLC43A2 by tumour cells allows them to outcompete T cells for methionine and thereby disrupt the survival and function of tumour-infiltrating T cells.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is characterized by abundant infiltration of tumor-associated macrophages (TAMs). TAMs have been reported to drive resistance to gemcitabine, a frontline chemotherapy in PDA, though the mechanism of this resistance remains unclear. Profiling metabolite exchange, we demonstrate that macrophages programmed by PDA cells release a spectrum of pyrimidine species. These include deoxycytidine, which inhibits gemcitabine through molecular competition at the level of drug uptake and metabolism. Accordingly, genetic or pharmacological depletion of TAMs in murine models of PDA sensitizes these tumors to gemcitabine. Consistent with this, patients with low macrophage burden demonstrate superior response to gemcitabine treatment. Together, these findings provide insights into the role of macrophages in pancreatic cancer therapy and have potential to inform the design of future treatments. Additionally, we report that pyrimidine release is a general function of alternatively activated macrophage cells, suggesting an unknown physiological role of pyrimidine exchange by immune cells.

Patients with glioma whose tumors carry a mutation in isocitrate dehydrogenase 1 (IDH1R132H) are younger at diagnosis and live longer. IDH1 mutations co-occur with other molecular lesions, such as 1p/19q codeletion, inactivating mutations in the tumor suppressor protein 53 (TP53) gene, and loss-of-function mutations in alpha thalassemia/mental retardation syndrome X-linked gene (ATRX). All adult low-grade gliomas (LGGs) harboring ATRX loss also express the IDH1R132H mutation. The current molecular classification of LGGs is based, partly, on the distribution of these mutations. We developed a genetically engineered mouse model harboring IDH1R132H, TP53 and ATRX inactivating mutations, and activated NRAS G12V. Previously, we established that ATRX deficiency, in the context of wild-type IDH1, induces genomic instability, impairs nonhomologous end-joining DNA repair, and increases sensitivity to DNA-damaging therapies. In this study, using our mouse model and primary patient-derived glioma cultures with IDH1 mutations, we investigated the function of IDH1R132H in the context of TP53 and ATRX loss. We discovered that IDH1R132H expression in the genetic context of ATRX and TP53 gene inactivation (i) increases median survival in the absence of treatment, (ii) enhances DNA damage response (DDR) via epigenetic up-regulation of the ataxia-telangiectasia-mutated (ATM) signaling pathway, and (iii) elicits tumor radioresistance. Accordingly, pharmacological inhibition of ATM or checkpoint kinases 1 and 2, essential kinases in the DDR, restored the tumors' radiosensitivity. Translation of these findings to patients with IDH1132H glioma harboring TP53 and ATRX loss could improve the therapeutic efficacy of radiotherapy and, consequently, patient survival.

Abstract Rewired metabolism is a hallmark of pancreatic ductal adenocarcinomas (PDA). Previously, we demonstrated that PDA cells enhance glycosylation precursor biogenesis through the hexosamine biosynthetic pathway (HBP) via activation of the rate limiting enzyme, glutamine-fructose 6-phosphate amidotransferase 1 (GFAT1). Here, we genetically ablated GFAT1 in PDA cell lines, which completely blocked proliferation in vitro and led to cell death. In contrast, GFAT1 knockout did not impair tumor growth, suggesting that cancer cells can maintain fidelity of glycosylation precursor pools by scavenging nutrients from the tumor microenvironment. Here, we show that hyaluronic acid (HA), an abundant carbohydrate polymer in pancreatic tumors composed of repeating N-acetyl-glucosamine (GlcNAc) and glucuronic acid sugars, can bypass GFAT1 to refuel the HBP via the GlcNAc salvage pathway. Furthermore, HA facilitates proliferation in nutrient-starved wild-type PDA. Together, these data show HA can serve as a nutrient fueling PDA metabolism beyond its previously appreciated structural and signaling roles.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is the third-leading cause of cancer mortality in the US and is highly resistant to classical, targeted, and immune therapies. We show that human PDA cells are dependent on the provision of exogenous cystine to avert a catastrophic accumulation of lipid reactive oxygen species (ROS) that, left unchecked, leads to ferroptotic cell death, both in vitro and in vivo. Using a dual-recombinase genetically engineered model, we found that acute deletion of Slc7a11 led to tumor-selective ferroptosis, tumor stabilizations/regressions, and extended overall survival. The mechanism of ferroptosis induction in PDA cells required the concerted depletion of both glutathione and coenzyme A, highlighting a novel branch of ferroptosis-relevant metabolism. Finally, we found that cystine depletion in vivo using the pre-IND agent cyst(e)inase phenocopied Slc7a11 deletion, inducing tumor-selective ferroptosis and disease stabilizations/regressions in the well-validated KPC model of PDA.

Pancreatic Ductal Adenocarcinoma (PDA) is characterized by abundant infiltration of tumor associated macrophages (TAMs). TAMs have been reported to drive resistance to gemcitabine, the front-line chemotherapy in PDA, though the mechanism of this resistance remains unclear. Profiling metabolite exchange, we demonstrate macrophages programmed by PDA cells release a spectrum of pyrimidine species. These include deoxycytidine, which inhibits gemcitabine through molecular competition at the level of drug uptake and metabolism. Accordingly, genetic or pharmacological depletion of TAMs in murine models of PDA sensitizes these tumors to gemcitabine. Consistent with this, patients with low macrophage burden demonstrate superior response to gemcitabine treatment. Additionally, we report pyrimidine release is a general function of anti-inflammatory myeloid cells, suggesting an unknown physiological role of pyrimidine exchange by immune cells.

Metabolic programs in cancer cells are influenced by genotype and the tissue of origin. We have previously shown that central carbon metabolism is rewired in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) to support proliferation through a glutamate oxaloacetate transaminase 1 (GOT1)-dependent pathway. Here we tested if tissue type impacted GOT1 dependence by comparing PDA and colorectal cancer (CRC) cell lines and tumor models of similar genotype. We found CRC to be insensitive to GOT1 inhibition, contrasting markedly with PDA, which exhibit profound growth inhibition upon GOT1 knockdown. Utilizing a combination of metabolomics strategies and computational modeling, we found that GOT1 inhibition disrupted glycolysis, nucleotide metabolism, and redox homeostasis in PDA but not CRC. These insights were leveraged in PDA, where we demonstrate that radiotherapy potently enhanced the effect of GOT1 inhibition on tumor growth. Taken together, these results illustrate the role of tissue type in dictating metabolic dependencies and provide new insights for targeting metabolism to treat PDA.

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.