The site of origin of lymphohematopoietic stem cells (HSC) that initiate definitive blood cell production in the murine fetal liver is controversial. Contrary to reports that the preliver yolk sac does not contain definitive HSC, we observed that CD34+ day 9 yolk sac cells repopulated multiple blood cell lineages in newborn hosts for at least 1 year. Furthermore, 100 CD34+c-Kit+ day 9 yolk sac or para-aortic splanchnopleura (P-Sp) cells, known to give rise to embryonic HSC, similarly repopulated hematopoiesis in recipient hosts. Surprisingly, 37-fold more CD34+c-Kit+ cells reside in the day 9 yolk sac than in the P-Sp. In sum, definitive HSC are coexistent, but not equal in number, in the murine yolk sac and P-Sp prior to fetal liver colonization.

Pancreatic cancer (PC) mobilizes myeloid cells from the bone marrow to the tumor where they promote tumor growth and proliferation. Cancer stem cells (CSCs) are a population of tumor cells that are responsible for tumor initiation. Aldehyde dehydrogenase-1 activity in PC identifies CSCs, and its activity has been correlated with poor overall prognosis in human PC. Myeloid cells have been shown to impact tumor stemness, but the impact of immunosuppressive tumor-infiltrating granulocytic and monocytic myeloid-derived suppressor cells (Mo-MDSC) on ALDH1(Bright) CSCs and epithelial to mesenchymal transition is not well understood. In this study, we demonstrate that Mo-MDSC (CD11b(+)/Gr1(+)/Ly6G(-)/Ly6C(hi)) significantly increase the frequency of ALDH1(Bright) CSCs in a mouse model of PC. Additionally, there was significant upregulation of genes associated with epithelial to mesenchymal transition. We also found that human PC converts CD14(+) peripheral blood monocytes into Mo-MDSC (CD14(+)/HLA-DR(low/-)) in vitro, and this transformation is dependent on the activation of the STAT3 pathway. In turn, these Mo-MDSC increase the frequency of ALDH1(Bright) CSCs and promote mesenchymal features of tumor cells. Finally, blockade of STAT3 activation reversed the increase in ALDH1(Bright) CSCs. These data suggest that the PC tumor microenvironment transforms monocytes to Mo-MDSC by STAT3 activation, and these cells increase the frequency of ALDH1(Bright) CSCs. Therefore, targeting STAT3 activation may be an effective therapeutic strategy in targeting CSCs in PC.

Abstract Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is one of the most lethal human cancers. Transforming Growth Factor Beta (TGF-β) is a cytokine that switches from a tumor-suppressor to a tumor promoter throughout tumor development, by a yet unknown mechanism. Tumor associated MUC1 (tMUC1) is aberrantly glycosylated and overexpressed in >80% of PDAs and is associated with poor prognosis. The cytoplasmic tail of MUC1 (MUC1-CT) interacts with other oncogenic proteins promoting tumor progression and metastasis. We hypothesize that tMUC1 levels regulate TGF-β functions in PDA in vitro and in vivo . We report that high-tMUC1 expression positively correlates to TGF-βRII and negatively to TGF-βRI receptors. In response to TGF-β1, high tMUC1 expressing PDA cells undergo c-Src phosphorylation, and activation of the Erk/MAPK pathway; while low tMUC1 expressing cells activate the Smad2/3 pathway, enhancing cell death. Correspondingly, mice bearing tMUC1-high tumors responded to TGF-β1 neutralizing antibody in vivo showing significantly retarded tumor growth. Analysis of clinical data from TCGA revealed significant alterations in gene-gene correlations in the TGF-β pathway in tMUC1 high versus tMUC1 low samples. This study deepens our understanding of tMUC1-regulated TGF-β’s paradoxical function in PDA and establishes tMUC1 as a potential biomarker to predict response to TGF-β-targeted therapies.

Chimeric antigen receptor engineered T cells (CAR T cells) have shown remarkable success in treating hematologic cancers. However, this efficacy has yet to translate to treatment in solid tumors. Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is a fatal malignancy with poor prognosis. Treatment options are limited and commonly associated with severe side effects. We have developed and characterized a second generation CAR engineered T cell using the light and heavy chain sequence derived from a novel monoclonal antibody, TAB004, that specifically binds the tumor associated antigen, tMUC1. tMUC1 is overexpressed in varying levels on ~85% of all human PDA. We present data showing that the TAB004 derived CAR T cells (tMUC1-CAR T cells) specifically bind to tMUC1 on PDA cells and is cytotoxic against the majority of the PDA cell lines. The tMUC1-CAR T cells do not bind or kill normal epithelial cells. We further demonstrate that the tMUC1-CAR T cells control the growth of orthotopic pancreatic tumors in vivo. PDAs are generally cold tumors with resistance to many standard treatment modalities, thus, it was not surprising that some of the PDA cell lines were refractory to CAR T cell treatment. qPCR analysis of several genes known to be associated with immune resistance revealed overexpression of indoleamine 2, 3-dioxygenases-1 (IDO1), Cyclooxygenase 1 and 2 (COX1 and COX2), Adenosine deaminases acting on RNA (ADAR1) and galectin-9 (Gal-9). We treated resistant PDA cells with a combination of CAR T cells and biological inhibitors of IDO1, COX1/2, ADAR1, and Gal-9. Results showed a significant enhancement of CAR T cell cytotoxicity against PDA cells when inhibiting IDO1, COX1/2, and Gal-9 but not ADAR1 or COX2. Overcoming CAR T cell resistance in PDA is a significant advancement in the field and may lead to future combination therapies that are less toxic but more efficient against this deadly disease.

ABSTRACT Myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) are immature myeloid cells that are responsible for immunosuppression in tumor microenvironment. Here we report the impact of mucin 1 (MUC1), a transmembrane glycoprotein, on proliferation and functional activity of MDSCs. To determine the role of MUC1 in MDSC phenotype, we analyzed MDSCs derived from wild type (WT) and MUC1-knockout (MUC1KO) mice bearing pancreatic ductal adenocarcinoma KCKO and breast cancer C57MG xenografts. We observed enhanced tumor growth in MUC1KO mice compared to WT mice in both pancreatic KCKO and breast C57MG cancer models due to increased MDSC population and enrichment of Tregs in tumor microenvironment. Our current study shows that knockdown of MUC1 in MDSCs promotes proliferation and immature suppressive phenotype indicated by increased level of iNOS, ARG1 activity and TGF-β secretion under cancer conditions. Increased activity of MDSCs leads to repression of IL-2 and IFN-ɣ production by T-cells. We were able to find that MDSCs from MUC1KO mice have higher levels of c-Myc and activated pSTAT3 as compared to MUC1 WT mice, that are signaling pathways leading to increased survival, proliferation and prevention of maturation. In summary, MUC1 regulates signaling pathways that maintain immunosuppressive properties of MDSCs. Thus, immunotherapy must target only tumor associated MUC1 on epithelial cells and not MUC1 on hematopoietic cells to avoid expansion and suppressive functions of MDSC.

Abstract MUC1 is a transmembrane glycoprotein that is overexpressed and aberrantly glycosylated in epithelial cancers. The cytoplasmic tail of MUC1 (MUC1 CT) aids in tumorigenesis by upregulating the expression of multiple oncogenes. Signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) plays a crucial role in several cellular processes and is aberrantly activated in many cancers. In this study, we focus on recent evidence suggesting that STAT3 and MUC1 regulate each other’s expression in cancer cells in an auto-inductive loop and found that their interaction plays a prominent role in mediating epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) and drug resistance. The STAT3 inhibitor Napabucasin was in clinical trials but was discontinued due to futility. We found that higher expression of MUC1 increased the sensitivity of cancer cells to Napabucasin. Therefore, high-MUC1 tumors may have a better outcome to Napabucasin therapy. We report how MUC1 regulates STAT3 activity and provide a new perspective on repurposing the STAT3-inhibitor Napabucasin to improve clinical outcome of epithelial cancer treatment.