Abstract In castration-resistant prostate cancer (CRPC), the loss of androgen receptor (AR)-dependence due to lineage plasticity, which has become more prevalent, leads to clinically highly aggressive tumors with few therapeutic options and is mechanistically poorly defined. To identify the master transcription factors (TFs) of CRPC in a subtype-specific manner, we derived and collected 29 metastatic human prostate cancer organoids and cell lines, and generated ATAC-seq, RNA-seq and DNA sequencing data. We identified four subtypes and their master TFs using novel computational algorithms: AR-dependent; Wnt-dependent, driven by TCF; neuroendocrine, driven by ASCL1 and NEUROD1 and stem cell-like (SCL), driven by the AP-1 family. The transcriptomic signatures of these four subtypes enabled the classification of 370 patients. We find that AP-1 co-operates with the inhibitable YAP/TAZ/TEAD pathway in the SCL subtype, the second most common group of CRPC tumors after AR-dependent. Together, this molecular classification reveals new drug targets and can potentially guide therapeutic decisions.

Abstract Immune checkpoint blockade (ICB) has demonstrated clinical success in “inflamed” tumors with significant T-cell infiltrates, but tumors with an immune-desert tumor microenvironment (TME) fail to benefit. The tumor cell-intrinsic molecular mechanisms of the immune-desert phenotype remain poorly understood. Here, we demonstrate that inactivation of the Polycomb-repressive complex 2 (PRC2) core components, EED or SUZ12, a prevalent genetic event in malignant peripheral nerve sheath tumor (MPNST) and sporadically in other cancer types, drives a context-dependent immune-desert TME. PRC2 inactivation reprograms the chromatin landscape that leads to a cell-autonomous shift from primed baseline signaling-dependent cellular responses (e.g., interferon γ) to PRC2-regulated development and cellular differentiation transcriptional programs. Further, PRC2 inactivation reprograms the TME, leads to diminished tumor immune infiltrates and immune evasion through reduced chemokine production and impaired antigen presentation and T-cell priming, and confers ICB primary resistance through blunted T-cell recruitment in vivo . We demonstrate that strategies that enhancing innate immunity via intratumoral delivery of inactivated modified vaccinia virus Ankara (MVA) leads to increased tumor immune infiltrates and sensitizes PRC2-loss tumors to ICB. Our results provide novel molecular mechanisms of context-dependent dysfunctional epigenetic reprogramming that underline the immune-desert phenotype in MPNST and other cancers with PRC2 inactivation. Importantly, our findings highlight genetic-inactivation of PRC2 as a novel context-dependent ICB therapeutic resistance biomarker in cancer, and caution that therapeutic strategies that non-selectively target PRC2 in the host may lead to undesirable context-dependent immune evasion and ICB resistance in tumors. Our studies also point to intratumoral delivery of immunogenic therapeutic viruses as an initial strategy to modulate the immune-desert TME and capitalize on the clinical benefit of ICB.

The WNT pathway is a fundamental regulator of intestinal homeostasis and hyperactivation of WNT signaling is the major oncogenic driver in colorectal cancer (CRC). To date, there are no described mechanisms that bypass WNT dependence in intestinal tumors. Here, we show that while WNT suppression blocks tumor growth in most organoid and in vivo CRC models, the accumulation of CRC-associated genetic alterations enables drug resistance and WNT-independent growth. In intestinal epithelial cells harboring mutations in KRAS or BRAF, together with disruption of p53 and SMAD4, transient TGFβ exposure drives YAP/TAZ-dependent transcriptional reprogramming and lineage reversion. Acquisition of embryonic intestinal identity is accompanied by a permanent loss of adult intestinal lineages, and long-term WNT-independent growth. This work delineates genetic and microenvironmental factors that drive WNT inhibitor resistance, identifies a new mechanism for WNT-independent CRC growth and reveals how integration of associated genetic alterations and extracellular signals can overcome lineage-dependent oncogenic programs.