Abstract Tumor cell plasticity contributes to intratumoral heterogeneity and therapy resistance. Through cell plasticity, lung adenocarcinoma (LUAD) cells transform into neuroendocrinal (NE) tumor cells. However, the mechanisms of NE cell plasticity remain unclear. CRACD, a capping protein inhibitor, is frequently inactivated in cancers. CRACD knock-out (KO) de-represses NE-related gene expression in the pulmonary epithelium and LUAD cells. In LUAD mouse models, Cracd KO increases intratumoral heterogeneity with NE gene expression. Single-cell transcriptomic analysis showed that Cracd KO-induced NE plasticity is associated with cell de-differentiation and activated stemness-related pathways. The single-cell transcriptomes of LUAD patient tumors recapitulate that the distinct LUAD NE cell cluster expressing NE genes is co-enriched with SOX2, OCT4, and NANOG pathway activation, and impaired actin remodeling. This study reveals an unexpected role of CRACD in restricting NE cell plasticity that induces cell de-differentiation, providing new insights into cell plasticity of LUAD.

Summary EP300 (E1A binding protein p300) is a versatile transcription co-activator important in cell proliferation and differentiation. The gene EP300 is frequently mutated in diverse cancer types, including small-cell lung cancer (SCLC). While it is widely believed that these mutations result in loss of EP300 function, the impact on SCLC pathogenesis remains largely unknown. Here we demonstrate that mutant EP300 variants lacking histone acetyltransferase (HAT) domain accelerate tumor development in autochthonous mouse models of SCLC. However, unexpectedly, complete knockout of Ep300 suppresses tumor development and inhibits proliferation of both human and mouse SCLC cells. Genetic dissection of EP300 domains identifies kinase-inducible domain (KID)-interacting (KIX) domain, specifically its interaction with transcription factors such as CREB1 and MYB, as the determinant of pro-tumorigenic activity. Blockade of the KIX-mediated protein interactions using a small molecule and a recombinant peptide mimicking the KIX-binding sequences of EP300-interacting partners inhibits the growth of SCLC cells. These findings identify domain-specific roles of EP300 in SCLC and unique vulnerability of the EP300 KIX domain to potential therapeutics.

Small-cell lung cancers derive from pulmonary neuroendocrine cells, which have stem-like properties to reprogram into other cell types upon lung injury. It is difficult to uncouple the plasticity of these transformed cells from heritable changes that evolve in primary tumors or select in metastases to distant organs. Approaches to single-cell profiling are also problematic if the required sample dissociation activates injury-like signaling and reprogramming. Here, we defined cell-state heterogeneities in situ through laser capture microdissection-based 10-cell transcriptomics coupled with stochastic-profiling fluctuation analysis. Using labeled cells from a small-cell lung cancer mouse model initiated by neuroendocrine deletion of p53 and Rb, we profiled cell-to-cell transcriptional-regulatory heterogeneity in spheroid cultures and liver colonies seeded intravenously. Fluctuating transcripts in vitro were partly shared with other epithelial-spheroid models, and candidate heterogeneities increased considerably when cells were delivered to the liver. Colonization of immunocompromised animals drove the fractional appearance of alveolar type II-like markers and poised cells for paracrine stimulation from immune cells and hepatocytes. Immunocompetency further exaggerated the fragmentation of tumor states in the liver, yielding mixed stromal signatures evident in bulk sequencing from autochthonous tumors and metastases. We identified dozens of transcript heterogeneities that recur irrespective of biological context; their mapped orthologs brought together observations of murine and human small-cell lung cancer. Candidate heterogeneities recurrent in the liver also stratified primary human tumors into discrete groups not readily explained by molecular subtype. We conclude that heterotypic interactions in the liver and lung are an accelerant for intratumor heterogeneity in small-cell lung cancer.

Small cell lung cancer (SCLC) remains a recalcitrant disease; limited therapeutic options have not improved overall survival and approved targeted therapies are lacking. Amplification of the tyrosine kinase receptor FGFR1 (fibroblast growth factor receptor 1) is one of the few actionable alterations found in SCLC genome. However, efforts to develop targeted therapies for FGFR1-amplified SCLC are hindered by critical gaps in knowledge around the molecular origins and mediator of FGFR1-driven signalling and the physiological impact of targeting FGFR1. Here we demonstrate the oncogenic impact of increased FGFR1 on the malignant progression of precancerous cells and the necessity of nonamplified FGFR1 for SCLC development and homeostasis. Unexpected dependency of Rbl2 loss-driven tumor development on FGFR1 in autochthonous mouse models reveals a novel function of p130 (encoded by Rbl2), a member of the RB family of tumor suppressors, as a regulator of FGFR1 expression. Additionally, FGFR1-dependent SCLC cells require activation of PLCG1 for continued growth. Together, this study uncovers mechanisms of FGFR1-driven SCLC that involves p130 upstream and PLCG1 downstream and provides potential biomarkers for anti-FGFR1 therapeutic strategy.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

The mechanisms underlying immune evasion and immunotherapy resistance in small cell lung cancer (SCLC) remain unclear. Herein, we investigate the role of CRACD tumor suppressor in SCLC. We found that CRACD is frequently inactivated in SCLC, and Cracd knockout (KO) significantly accelerates SCLC development driven by loss of Rb1, Trp53, and Rbl2. Notably, the Cracd-deficient SCLC tumors display CD8+ T cell depletion and suppression of antigen presentation pathway. Mechanistically, CRACD loss silences the MHC-I pathway through EZH2. EZH2 blockade is sufficient to restore the MHC-I pathway and inhibit CRACD loss-associated SCLC tumorigenesis. Unsupervised single-cell transcriptomic analysis identifies SCLC patient tumors with concomitant inactivation of CRACD, impairment of tumor antigen presentation, and downregulation of EZH2 target genes. Our findings define CRACD loss as a new molecular signature associated with immune evasion of SCLC cells and proposed EZH2 blockade as a viable option for CRACD-negative SCLC treatment.

Abstract WNT signaling presents an attractive target for cancer therapy due to its widespread oncogenic role. However, the molecular players involved in WNT signaling and the impact of their perturbation remain unknown for numerous recalcitrant cancers including small-cell lung cancer (SCLC). Here we show that beta-catenin, a master mediator of canonical WNT signaling, is not required for SCLC development in genetically engineered mouse models (GEMMs) and its transcriptional program is largely silenced during tumor development. Instead, inactivation of p130 in SCLC cells induces expression of WNT5A, a ligand for beta-catenin-independent WNT pathways. WNT5A is both sufficient and required for SCLC development and cell proliferation and selectively induces Rhoa transcription and activates RHOA protein to drive SCLC. Rhoa knockout suppresses SCLC development in vivo, and chemical perturbation of RHOA selectively inhibits SCLC cell proliferation. These findings suggest a novel requirement for the WNT5A-RHOA axis in SCLC that is distinct from other noncanonical WNT pathways. This vulnerability of p130-WNT5A-RHOA pathway provides critical insight into the development of novel therapeutic strategies for the recalcitrant cancer, as well as the stratification of patients who may benefit from them. This study also sheds new light on the heterogeneity of WNT signaling and the molecular determinants of its cell-type specificity.

Summary Oncogenic KRas activates mitochondrial fission through Erk-mediated phosphorylation of the mitochondrial fission GTPase Drp1. Drp1 deletion inhibits tumorigenesis of KRas-driven pancreatic cancer, but the role of mitochondrial dynamics in other Ras-driven malignancies is poorly defined. Here we demonstrate that in vitro and in vivo growth of KRas-driven lung adenocarcinoma is unaffected by deletion of Drp1, but inhibited by deletion of Opa1, the GTPase that regulates inner membrane fusion and promotes proper cristae morphology. Mechanistically, Opa1 knockout induces loss of electron transport chain (ETC) complex I assembly and activity that inhibits tumor cell proliferation through loss of NAD + regeneration. Simultaneous inactivation of Drp1 and Opa1 restores cristae morphology, complex I activity and cell proliferation indicating that mitochondrial fission activity drives ETC dysfunction induced by Opa1 knockout. Our results support a model in which mitochondrial fission events disrupt cristae structure and tumor cells with hyperactive fission activity require Opa1 activity to maintain ETC function.

Functional characterisation of cell-type specific regulatory networks is key to establish a causal link between genetic variation and phenotype. The osteoclast offers a unique model for interrogating the contribution of co-regulated genes to in vivo phenotype as its multinucleation and resorption activities determine quantifiable skeletal traits. Here we took advantage of a trans -regulated gene network (MMnet, macrophage multinucleation network) which we found to be significantly enriched for GWAS variants associated with bone-related phenotypes. We found that the network hub gene Bcat1 and seven other co-regulated MMnet genes out of 13, regulate bone function. Specifically, global ( Pik3cb-/- , Atp8b2+/- , Igsf8-/- , Eml1-/- , Appl2-/- , Deptor-/- ) and myeloid-specific Slc40a1ΔLysMCre knockout mice displayed abnormal bone phenotypes. We report antagonizing effects of MMnet genes on bone mass in mice and osteoclast multinucleation/resorption in humans with strong correlation between the two. These results identify MMnet as a functionally conserved network that regulates osteoclast fusion and bone mass.

Abstract Roundabout guidance receptor 1 (Robo1) is known to function during midbrain development in mice, but its postnatal role remains poorly defined in part due to the perinatal lethality of the mice lacking the gene. Here, we describe the postnatal phenotypes of Robo1 -/- mice in the B6/129s genetic background. Robo1 -/- mice had both a slower growth rate and shorter lifespan compared to Robo1 +/+ littermates. Skin histological analysis revealed that Robo1 -/- mice displayed increased wrinkles, enlarged sebaceous glands, and a reduced subcutaneous fat layer. Robo1 -/- mice displayed accelerated hair graying in line with an observed overall decrease in melanin production. Although both growth hormone (GH) and insulin-like growth hormone 1 (IGF-1) were suppressed in Robo1 -deficient mice at 3 weeks of age, they were expressed at similar levels to Robo1 intact mice at 7 weeks of age. These findings suggest that Robo1 -mediated hormone regulation is required for normal growth during the early stages of puberty and may provide a crucial timepoint at which to examine the molecular mechanisms of pituitary disorders.

Tumor cell plasticity contributes to intratumoral heterogeneity and therapy resistance. Through cell plasticity, some lung adenocarcinoma (LUAD) cells transform into neuroendocrine (NE) tumor cells. However, the mechanisms of NE cell plasticity remain unclear. CRACD (capping protein inhibiting regulator of actin dynamics), a capping protein inhibitor, is frequently inactivated in cancers. CRACD knockout (KO) is sufficient to de-repress NE-related gene expression in the pulmonary epithelium and LUAD cells. In LUAD mouse models, Cracd KO increases intratumoral heterogeneity with NE gene expression. Single-cell transcriptomic analysis showed that Cracd KO-induced NE cell plasticity is associated with cell de-differentiation and stemness-related pathway activation. The single-cell transcriptomic analysis of LUAD patient tumors recapitulates that the distinct LUAD NE cell cluster expressing NE genes is co-enriched with impaired actin remodeling. This study reveals the crucial role of CRACD in restricting NE cell plasticity that induces cell de-differentiation of LUAD.