ABSTRACT SULF1 and SULF2 are oncogenic in a number of human malignancies, including head and neck squamous cell carcinoma (HNSC). The function of these two heparan sulfate editing enzymes was previously considered largely redundant but the biology of cancer suggests differences that we explore in our RNAseq and RNAScope studies of HNSC and in a pan cancer analysis using the TCGA and CPTAC (proteomics) data. Our studies document a consistent upregulation of SULF1 and SULF2 in HNSC which is associated with poor survival outcomes. SULF2 expression increases in multiple malignancies but less consistently than SULF1, which uniformly increases in the tumor tissues and negatively impacts survival in several types of cancer. Meanwhile, SULF1 showed low expression in cancer cell lines and a scRNAseq study of HNSC shows that SULF1 is not supplied by epithelial tumor cells, like SULF2, but is secreted by cancer associated fibroblasts. Our RNAScope and PDX analysis of the HNSC tissues fully confirm the stromal source of SULF1 and explain the uniform impact of this enzyme on the biology of multiple malignancies. In summary, the SULF1 enzyme, supplied by a subset of cancer associated fibroblasts, is upregulated and negatively impacts HNSC survival at an early stage of the disease progression while the SULF2 enzyme, supplied by tumor cells, impacts survival at later stages of HNSC. This paradigm is common to multiple malignancies and suggests a potential for diagnostic and therapeutic targeting of the heparan sulfatases in cancer diseases.

Restricted availability of cell and animal models is a rate-limiting step for investigation of salivary gland neoplasm pathophysiology and therapeutic response. Conditionally reprogrammed cell (CRC) technology enables establishment of primary epithelial cell cultures from patient material. This study tested a translational workflow for acquisition, expansion and testing of CRC-derived primary cultures of salivary gland neoplasms from patients presenting to an academic surgical practice. Results showed cultured cells were sufficient for epithelial cell-specific transcriptome characterization to detect candidate therapeutic pathways and fusion genes in addition to screening for cancer-risk-associated single nucleotide polymorphisms (SNPs) and driver gene mutations through exome sequencing. Focused study of primary cultures of a low-grade mucoepidermoid carcinoma demonstrated Amphiregulin-Mechanistic Target of Rapamycin-AKT/Protein kinase B (AKT) pathway activation, identified through bioinformatics and subsequently confirmed as present in primary tissue and preserved through different secondary 2D and 3D culture media and xenografts. Candidate therapeutic testing showed that the allosteric AKT inhibitor MK2206 reproducibly inhibited cell survival across different culture formats. In contrast, the cells appeared resistant to the adenosine triphosphate competitive AKT inhibitor GSK690693. Procedures employed here illustrate an approach for reproducibly obtaining material for pathophysiological studies of salivary gland neoplasms, and other less common epithelial cancer types, that can be executed without compromising pathological examination of patient specimens. The approach permits combined genetic and cell-based physiological and therapeutic investigations in addition to more traditional pathologic studies and can be used to build sustainable bio-banks for future inquiries.

We employed laser microdissection to selectively harvest tumor cells and stroma from the microenvironment of formalin-fixed, paraffin-embedded head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) tissues. The captured HNSCC tissue fractions were analyzed by quantitative mass spectrometry-based proteomics using a data independent analysis approach. In paired samples, we achieved excellent proteome coverage having quantified 6,668 proteins with a median quantitative coefficient of variation under 10%. We observed significant differences in relevant functional pathways between the spatially resolved tumor and stroma regions. Our results identified extracellular matrix (ECM) as a major component enriched in the stroma, including many cancer associated fibroblast signature proteins in this compartment. We demonstrate the potential for comparative deep proteome analysis from very low starting input in a scalable format that is useful to decipher the alterations in tumor and the stromal microenvironment. Correlating such results with clinical features or disease progression will likely enable identification of novel targets for disease classification and interventions.