This report describes the identification of three molecularly distinct subtypes of pancreatic ductal adenocarninoma (PDA). The classical, quasimesenchymal and exocrine subtypes can further stratify tumors with the same genetic alterations, and could be useful to improve prognosis and predict treatment response. Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is a lethal disease. Overall survival is typically 6 months from diagnosis1. Numerous phase 3 trials of agents effective in other malignancies have failed to benefit unselected PDA populations, although patients do occasionally respond. Studies in other solid tumors have shown that heterogeneity in response is determined, in part, by molecular differences between tumors. Furthermore, treatment outcomes are improved by targeting drugs to tumor subtypes in which they are selectively effective, with breast2 and lung3 cancers providing recent examples. Identification of PDA molecular subtypes has been frustrated by a paucity of tumor specimens available for study. We have overcome this problem by combined analysis of transcriptional profiles of primary PDA samples from several studies, along with human and mouse PDA cell lines. We define three PDA subtypes: classical, quasimesenchymal and exocrine-like, and we present evidence for clinical outcome and therapeutic response differences between them. We further define gene signatures for these subtypes that may have utility in stratifying patients for treatment and present preclinical model systems that may be used to identify new subtype specific therapies.

Cancer-associated fibroblasts (CAFs) support tumorigenesis by stimulating angiogenesis, cancer cell proliferation, and invasion. We demonstrate that CAFs also mediate tumor-enhancing inflammation. Using a mouse model of squamous skin carcinogenesis, we found a proinflammatory gene signature in CAFs isolated from dysplastic skin. This signature was maintained in CAFs from subsequent skin carcinomas and was evident in mammary and pancreatic tumors in mice and in cognate human cancers. The inflammatory signature was already activated in CAFs isolated from the initial hyperplastic stage in multistep skin tumorigenesis. CAFs from this pathway promoted macrophage recruitment, neovascularization, and tumor growth, activities that are abolished when NF-κB signaling was inhibited. Additionally, we show that normal dermal fibroblasts can be “educated” by carcinoma cells to express proinflammatory genes.

To Die For The unfolded protein response (UPR) adjusts the protein folding capacity of the endoplasmic reticulum (ER) to match demand. UPR signaling requires IRE1α, an ER transmembrane kinase-endoribonuclease (RNase) that becomes activated by unfolded protein accumulation within the ER and excises a segment in XBP1 messenger RNA (mRNA) to initiate production of the homeostatic transcription factor XBP1s. However, if ER stress is irremediable, sustained IRE1α RNase activity triggers cell death. Severe ER stress activates the protease Caspase-2 as an early apoptotic switch upstream of mitochondria. However, the molecular events leading from the detection of ER stress to Caspase-2 activation are unclear. Upton et al. (p. 818 , published online 4 October) now report that IRE1α is the ER stress sensor that activates Caspase-2, and does so through a mechanism involving non-coding RNAs. Under irremediable ER stress, IRE1α's RNase triggers the rapid decay of select microRNAs that normally repress translation of Caspase-2 mRNA, rapidly increasing Caspase-2 levels as the first step in its activation.

Hyperconnectivity of neuronal circuits due to increased synaptic protein synthesis is thought to cause autism spectrum disorders (ASDs). The mammalian target of rapamycin (mTOR) is strongly implicated in ASDs by means of upstream signalling; however, downstream regulatory mechanisms are ill-defined. Here we show that knockout of the eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein 2 (4E-BP2)—an eIF4E repressor downstream of mTOR—or eIF4E overexpression leads to increased translation of neuroligins, which are postsynaptic proteins that are causally linked to ASDs. Mice that have the gene encoding 4E-BP2 (Eif4ebp2) knocked out exhibit an increased ratio of excitatory to inhibitory synaptic inputs and autistic-like behaviours (that is, social interaction deficits, altered communication and repetitive/stereotyped behaviours). Pharmacological inhibition of eIF4E activity or normalization of neuroligin 1, but not neuroligin 2, protein levels restores the normal excitation/inhibition ratio and rectifies the social behaviour deficits. Thus, translational control by eIF4E regulates the synthesis of neuroligins, maintaining the excitation-to-inhibition balance, and its dysregulation engenders ASD-like phenotypes. Mice lacking 4E-BP2, an eIF4E repressor, display increased translation of neuroligins; the mice also show autism-related behaviours and alterations in hippocampal synaptic activity, and these are reversed by normalization of eIF4E activity or neuroligin 1 levels. Aberrant protein synthesis has been hypothesized as one causal mechanism of autism spectrum disorders (ASDs), but the details of which pathways are disrupted remain unknown. Disruption of eIF4E, a key factor for translation initiation, has been associated with human autism, and now two independent papers implicate excessive cap-dependent translation in synaptic and ASD-related behavioural deficits in mice. Nahum Sonenberg and colleagues show that mice lacking 4E-BP2, an eIF4E repressor, display increased translation of neuroligins, synaptic proteins strongly implicated in autism. The mice also display ASD-related behaviors and alterations in hippocampal synaptic activity, which are reversed by normalization of eIF4E activity or neuroligin 1 levels. Eric Klann and colleagues show that mice overexpressing eIF4E also display ASD-related behaviours and altered synaptic activity in the hippocampus, prefrontal cortex and striatum, and that some phenotypes can be rescued with the cap-dependent translation inhibitor 4EGI-1. The converging results from these two studies implicate cap-dependent translation as a potential therapeutic target for treatment of ASD-related symptoms.

Abstract Pancreas ductal adenocarcinoma (PDAC) has one of the worst 5-year survival rates of all solid tumors, and thus new treatment strategies are urgently needed. Here, we report that targeting Bruton tyrosine kinase (BTK), a key B-cell and macrophage kinase, restores T cell–dependent antitumor immune responses, thereby inhibiting PDAC growth and improving responsiveness to standard-of-care chemotherapy. We report that PDAC tumor growth depends on cross-talk between B cells and FcRγ+ tumor–associated macrophages, resulting in TH2-type macrophage programming via BTK activation in a PI3Kγ-dependent manner. Treatment of PDAC-bearing mice with the BTK inhibitor PCI32765 (ibrutinib) or by PI3Kγ inhibition reprogrammed macrophages toward a TH1 phenotype that fostered CD8+ T-cell cytotoxicity, and suppressed PDAC growth, indicating that BTK signaling mediates PDAC immunosuppression. These data indicate that pharmacologic inhibition of BTK in PDAC can reactivate adaptive immune responses, presenting a new therapeutic modality for this devastating tumor type. Significance: We report that BTK regulates B-cell and macrophage-mediated T-cell suppression in pancreas adenocarcinomas. Inhibition of BTK with the FDA-approved inhibitor ibrutinib restores T cell–dependent antitumor immune responses to inhibit PDAC growth and improves responsiveness to chemotherapy, presenting a new therapeutic modality for pancreas cancer. Cancer Discov; 6(3); 270–85. ©2015 AACR. See related commentary by Roghanian et al., p. 230. See related article by Pylayeva-Gupta et al., p. 247. See related article by Lee et al., p. 256. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 217

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is characterized by the deregulation of the hedgehog signaling pathway. The Sonic Hedgehog ligand (Shh), absent in the normal pancreas, is highly expressed in pancreatic tumors and is sufficient to induce neoplastic precursor lesions in mouse models. We investigated the mechanism of Shh signaling in PDAC carcinogenesis by genetically ablating the canonical bottleneck of hedgehog signaling, the transmembrane protein Smoothened (Smo), in the pancreatic epithelium of PDAC-susceptible mice. We report that multistage development of PDAC tumors is not affected by the deletion of Smo in the pancreas, demonstrating that autocrine Shh–Ptch–Smo signaling is not required in pancreatic ductal cells for PDAC progression. However, the expression of Gli target genes is maintained in Smo -negative ducts, implicating alternative means of regulating Gli transcription in the neoplastic ductal epithelium. In PDAC tumor cells, we find that Gli transcription is decoupled from upstream Shh–Ptch–Smo signaling and is regulated by TGF-β and KRAS, and we show that Gli1 is required both for survival and for the KRAS-mediated transformed phenotype of cultured PDAC cancer cells.

Highlights•Eif4e haploinsufficiency is compatible with normal mammalian development•Cancer cells hijack eIF4E to drive an oncogenic translation program•A specific 5′ UTR regulatory motif confers target sensitivity to eIF4E dose•eIF4E-dependent translation of ROS scavengers fuels tumorigenesisSummaryeIF4E, the major cap-binding protein, has long been considered limiting for translating the mammalian genome. However, the eIF4E dose requirement at an organismal level remains unexplored. By generating an Eif4e haploinsufficient mouse, we found that a 50% reduction in eIF4E expression, while compatible with normal development and global protein synthesis, significantly impeded cellular transformation. Genome-wide translational profiling uncovered a translational program induced by oncogenic transformation and revealed a critical role for the dose of eIF4E, specifically in translating a network of mRNAs enriched for a unique 5′ UTR signature. In particular, we demonstrate that the dose of eIF4E is essential for translating mRNAs that regulate reactive oxygen species, fueling transformation and cancer cell survival in vivo. Our findings indicate eIF4E is maintained at levels in excess for normal development that are hijacked by cancer cells to drive a translational program supporting tumorigenesis.Graphical abstract

Myc is one of the most commonly deregulated oncogenes in human cancer, yet therapies directly targeting Myc hyperactivation are not presently available in the clinic. The evolutionarily conserved function of Myc in modulating protein synthesis control is critical to the Myc oncogenic program. Indeed, enhancing the protein synthesis capacity of cancer cells directly contributes to their survival, proliferation, and genome instability. Therefore, inhibiting enhanced protein synthesis may represent a highly relevant strategy for the treatment of Myc-dependent human cancers. However, components of the translation machinery that can be exploited as therapeutic targets for Myc-driven cancers remain poorly defined. Here, we uncover a surprising and important functional link between Myc and mammalian target of rapamycin (mTOR)-dependent phosphorylation of eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein-1 (4EBP1), a master regulator of protein synthesis control. Using a pharmacogenetic approach, we find that mTOR-dependent phosphorylation of 4EBP1 is required for cancer cell survival in Myc-dependent tumor initiation and maintenance. We further show that a clinical mTOR active site inhibitor, which is capable of blocking mTOR-dependent 4EBP1 phosphorylation, has remarkable therapeutic efficacy in Myc-driven hematological cancers. Additionally, we demonstrate the clinical implications of these results by delineating a significant link between Myc and mTOR-dependent phosphorylation of 4EBP1 and therapeutic response in human lymphomas. Together, these findings reveal that an important mTOR substrate is found hyperactivated downstream of Myc oncogenic activity to promote tumor survival and confers synthetic lethality, thereby revealing a unique therapeutic approach to render Myc druggable in the clinic.

ABSTRACT Oncogenic lesions in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) hijack the epigenetic machinery in stromal components to establish a desmoplastic and therapeutic resistant tumor microenvironment (TME). Here we identify Class I histone deacetylases (HDACs) as key epigenetic factors facilitating the induction of pro-desmoplastic and pro-tumorigenic transcriptional programs in pancreatic stromal fibroblasts. Mechanistically, HDAC-mediated changes in chromatin architecture enable the activation of pro-desmoplastic programs directed by serum response factor (SRF) and forkhead box M1 (FOXM1). HDACs also coordinate fibroblast pro-inflammatory programs inducing leukemia inhibitory factor (LIF) expression, supporting paracrine pro-tumorigenic crosstalk. HDAC depletion in cancer-associated fibroblasts (CAFs) and treatment with the HDAC inhibitor entinostat (Ent) in PDAC mouse models reduce stromal activation and curb tumor progression. Notably, HDAC inhibition (HDACi) enriches a lipogenic fibroblast subpopulation, a potential precursor for myofibroblasts in the PDAC stroma. Overall, our study reveals the stromal targeting potential of HDACi, highlighting the utility of this epigenetic modulating approach in PDAC therapeutics.