Hypoactive BRAF mutants bind more tightly than wild type to the upstream regulator RAS, thus amplifying to amplify ERK signalling; tumours expressing these mutants require coexistent mechanisms for RAS activation to grow and are sensitive to their inhibition. Mutant alleles of the kinase BRAF have been identified in human tumours, some of which have activated catalytic functions, whereas others have impaired or absent kinase activity. Here Neal Rosen and colleagues have characterized the less-understood hypoactive BRAF mutants. They find that these mutants bind more tightly to the upstream regulator RAS in order to amplify signalling and require coexistent mechanisms for RAS activation in the tumour in order to function. The mechanistic action of these hypoactive BRAF mutants is different to that of the activated mutants and dictates their sensitivity to therapeutic inhibitors of the pathway. Elsewhere in this issue, David Santamaria and colleagues show that kinase-inactive BRAF mutants can initiate the development of lung adenocarcinoma in mice. Approximately 200 BRAF mutant alleles have been identified in human tumours. Activating BRAF mutants cause feedback inhibition of GTP-bound RAS, are RAS-independent and signal either as active monomers (class 1) or constitutively active dimers (class 2)1. Here we characterize a third class of BRAF mutants—those that have impaired kinase activity or are kinase-dead. These mutants are sensitive to ERK-mediated feedback and their activation of signalling is RAS-dependent. The mutants bind more tightly than wild-type BRAF to RAS–GTP, and their binding to and activation of wild-type CRAF is enhanced, leading to increased ERK signalling. The model suggests that dysregulation of signalling by these mutants in tumours requires coexistent mechanisms for maintaining RAS activation despite ERK-dependent feedback. Consistent with this hypothesis, melanomas with these class 3 BRAF mutations also harbour RAS mutations or NF1 deletions. By contrast, in lung and colorectal cancers with class 3 BRAF mutants, RAS is typically activated by receptor tyrosine kinase signalling. These tumours are sensitive to the inhibition of RAS activation by inhibitors of receptor tyrosine kinases. We have thus defined three distinct functional classes of BRAF mutants in human tumours. The mutants activate ERK signalling by different mechanisms that dictate their sensitivity to therapeutic inhibitors of the pathway.

Abstract Most patients with KRASG12C–mutant non–small cell lung cancer (NSCLC) experience clinical benefit from selective KRASG12C inhibition, whereas patients with colorectal cancer bearing the same mutation rarely respond. To investigate the cause of the limited efficacy of KRASG12C inhibitors in colorectal cancer, we examined the effects of AMG510 in KRASG12C colorectal cancer cell lines. Unlike NSCLC cell lines, KRASG12C colorectal cancer models have high basal receptor tyrosine kinase (RTK) activation and are responsive to growth factor stimulation. In colorectal cancer lines, KRASG12C inhibition induces higher phospho-ERK rebound than in NSCLC cells. Although upstream activation of several RTKs interferes with KRASG12C blockade, we identify EGFR signaling as the dominant mechanism of colorectal cancer resistance to KRASG12C inhibitors. The combinatorial targeting of EGFR and KRASG12C is highly effective in colorectal cancer cells and patient-derived organoids and xenografts, suggesting a novel therapeutic strategy to treat patients with KRASG12C colorectal cancer. Significance: The efficacy of KRASG12C inhibitors in NSCLC and colorectal cancer is lineage-specific. RTK dependency and signaling rebound kinetics are responsible for sensitivity or resistance to KRASG12C inhibition in colorectal cancer. EGFR and KRASG12C should be concomitantly inhibited to overcome resistance to KRASG12C blockade in colorectal tumors. See related commentary by Koleilat and Kwong, p. 1094. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1079

Abstract To gain insight into how ERG translocations cause prostate cancer, we performed single cell transcriptional profiling of an autochthonous mouse model at an early stage of disease initiation. Despite broad expression of ERG in prostate epithelial cells, we observed enhanced proliferation primarily in an intermediate subpopulation with a basal identity based on transcriptomics but with luminal morphology and cytokeratin expression. Through a series of lineage tracing and primary prostate epithelial transplantation experiments, we find that tumor initiating activity resides in a subpopulation of basal cells that also express luminal genes such as Tmprss2 and Nkx3 . 1 , but not in the larger population of classical luminal cells. Upon ERG activation, these basal-luminal hybrid cells expand into a highly proliferative population of intermediate basal-luminal identity then transition to fully differentiated luminal cells that reflect the lineage of ERG-positive cancers. These findings help resolve a preexisting debate about the cell of origin of ERG-driven prostate cancer and narrow the focus for future mechanistic studies to a basal-luminal subpopulation of tumor initiating cells.