Summary Hyperthermic intraperitoneal chemotherapy (HIPEC) has emerged as a clinical regimen that prolongs overall survival for patients with advanced Epithelial Ovarian Cancer (EOC). However, the mechanism of action of HIPEC remains poorly understood. To provide insights into the rapid changes that accompany HIPEC, tumors from five patients with high grade serous ovarian cancer were harvested from the omentum at time of debulking and after 90 minutes of HIPEC treatment. Specimens were rapidly dissociated into single cells and processed for single cell RNA-seq. Unbiased clustering identified 19 cell clusters that were annotated based on cellular transcriptome signatures to identify the epithelial, stromal, T and B immune cells, macrophages, and natural killer cell populations. Hallmark pathway analysis revealed heat shock, metabolic reprogramming, inflammatory, and EMT pathway enrichment in distinct cell populations upon HIPEC treatment. Collectively, our findings provide the foundation for mechanistic studies focused on how HIPEC orchestrates the ovarian cancer tissue response.

ABSTRACT Background Hyperthermic intraperitoneal chemotherapy (HIPEC) in combination with interval cytoreductive surgery increases the overall survival of epithelial ovarian cancer (EOC) patients with advanced disease. Despite its proven benefits, the mechanism by which HIPEC extends overall survival remains unknown and current strategies to optimize HIPEC are therefore limited. A major challenge is the lack of a robust and streamlined model to investigate the mechanisms underlying HIPEC efficacy. Objective To introduce a novel murine model that can be used to enhance our understanding of HIPEC therapy. Method ID8-luc, an EOC mouse cell line, is inoculated into immunocompetent C57BL/6J mice intraperitoneally. Once tumor is detected by In Vivo Imaging System (IVIS), cisplatin (5 mg/kg) is injected intraperitoneally and superficial hyperthermia of 40°C is applied to the animal’s abdomen and pelvis using an FDA-approved hyperthermia unit (BSD500) for 20 minutes. To validate the model, four treatment conditions were tested: cisplatin and hyperthermia, cisplatin and normothermia, vehicle and hyperthermia, and vehicle and normothermia. Tumor growth was assessed over the course of treatment using IVIS optical spectrum. Results Tumor growth in mice treated with hyperthermic cisplatin was significantly suppressed compared to mice treated with normothermic cisplatin (p < 0.05). No significant differences in tumor growth were observed in the hyperthermic vehicle and normothermic vehicle groups. Conclusions We developed an innovative noninvasive mouse model of HIPEC. Similar to patients with advanced ovarian cancer who are treated with HIPEC at the time of interval cytoreductive surgery, our model demonstrates that hyperthermia enhances the inhibitory effect of cisplatin on intraperitoneal tumor growth. Development of this murine model provides an opportunity to elucidate the mechanisms underlying HIPEC and offer an opportunity to test adjunct treatments in a pre-clinical setting to enhance the utility of HIPEC.

Objective: To evaluate intraperitoneal (IP) tumor engraftment, metastasis and growth in a pre-clinical murine epithelial ovarian cancer (EOC) model using both transabdominal ultrasound (TAUS) and bioluminescence in vivo imaging system (IVIS). Methods: Ten female C57Bl/6J mice at six weeks of age were included in this study. Five mice underwent IP injection of 5x10 6 ID8-luc cells (+ D- luciferin) and the remaining five mice underwent IP injection of ID8-VEGF cells. Monitoring of tumor growth and ascites was performed weekly starting at seven days post-injection until study endpoint. ID8-luc mice were monitored using both TAUS and IVIS, and ID8-VEGF mice underwent TAUS monitoring only. Individual tumor implant dimension and total tumor volume were calculated. Average luminescent intensity was calculated and reported per mouse abdomen. Tumor detection was confirmed by gross evaluation and histopathology. All data are presented as mean +/- standard deviation. Results: Overall, tumors were successfully detected in all ten mice using TAUS and IVIS, and tumor detection correlated with terminal endpoint histology/ H&E staining. For TAUS, the smallest confirmed tumor measurements were at seven days post-injection with mean long axis of 2.23mm and mean tumor volume of 4.17mm 3 . However, IVIS imaging was able to detect tumor growth at 14 days post-injection. Conclusions: TAUS is highly discriminatory for monitoring EOC in pre-clinical murine model, allowing for detection of tumor dimension as small as 2 mm and as early as seven days post-injection compared to IVUS. In addition, TAUS provides relevant information for ascites development and detection of multiple small metastatic tumor implants. TAUS provides an accurate and reliable method to detect and monitor IP EOC growth in mouse xenografts.

Abstract Epithelial Ovarian Cancer (EOC) is the leading cause of gynecologic cancer death. Despite many patients achieving remission with first-line therapy, up to 80% of patients will recur and require additional treatment. Retrospective clinical analysis of OC patients indicates antibiotic use during chemotherapy treatment is associated with poor overall survival. We assessed whether antibiotic (ABX) therapy would impact growth of EOC and sensitivity to cisplatin in murine models. Immune competent or compromised mice were given control or ABX containing water (metronidazole, ampicillin, vancomycin, and neomycin) before being intraperitoneally injected with murine EOC cells. Stool was collected to confirm microbiome disruption and tumors were monitored, and cisplatin therapy was administered weekly until endpoint. EOC tumor-bearing mice demonstrate accelerated tumor growth and resistance to cisplatin therapy in ABX treated compared with nonABX treatment. Stool analysis indicated most gut microbial species were disrupted by ABX treatment except for ABX resistant bacteria. To test for role of the gut microbiome, cecal microbiome transplants (CMTs) of microbiota derived from ABX or nonABX treated mice were used to r ecolonize the microbiome of ABX treated mice. nonABX cecal microbiome was sufficient to ameliorate the chemoresistance and survival of ABX treated mice indicative of a gut derived tumor suppressor. Mechanistically, tumors from ABX treated compared to nonABX treated mice contained a high frequency of cancer stem cells that were augmented by cisplatin. These studies indicate an intact microbiome provides a gut derived tumor suppressor and maintains chemosensitivity that is disrupted by ABX treatment. Significance Platinum resistance is associated with poor prognosis and reduced therapeutic options for ovarian cancer patients. We identifed a tumor suppressive role of the gut microbiome that is disrupted upon antibiotic therapy.

Abstract Objective To evaluate LCK inhibitors (LCKi) as chemosensitizing agents for platinum-resistant endometrioid ovarian carcinoma. Methods KM Plotter survival data was obtained for endometrioid ovarian cancer based on LCK mRNA expression. Cisplatin resistant endometrioid ovarian carcinoma cell lines were cultured and treated first with LCKi or vehicle, then combination LCKi-cisplatin. Cell viability was assessed via CellTiter-Glo, and apoptosis with Caspase 3/7 Assay. Protein lysates were isolated from treated cells, with γ -H2Ax, a DNA adduct marker, assessed. In vivo study compared mice treated with vehicle or LCK inhibitor followed by LCK inhibitor, cisplatin, or combination therapy. One-way ANOVA and two sample t-test were used to assess statistical significance with GraphPad Prism. Results KM plotter data indicated LCK expression is associated with significantly worse median progression-free survival (HR 3.19, p=0.02), and a trend toward decreased overall survival in endometrioid ovarian tumors with elevated LCK expression (HR 2.45, p=0.41). In vitro , cisplatin resistant ovarian endometrioid cells treated first with LCKi followed by combination LCKi-cisplatin treatment showed decreased cell viability and increased apoptosis. Immunoblot studies revealed inhibition of LCK led to increased expression of γ -H2AX. In vivo results demonstrate treatment with LCKi followed by LCKi-cisplatin leads to significantly slowed tumor growth. Conclusions We identified a targetable pathway for chemosensitization of platinum resistant endometrioid ovarian cancer with initial treatment of LCKi followed by co-treatment with LCKi-cisplatin.

Abstract Poly-ADP Ribose Polymerase (PARP) targeted therapy is clinically approved for the treatment of homologous recombination (HR) repair deficient tumors. The remarkable success in treatment of HR repair deficient cancers has not translated to HR-proficient cancer. Our studies identify the mechanism of non-receptor lymphocyte-specific protein tyrosine kinase (LCK) in HR repair in endometrioid epithelial ovarian cancer (eEOC). LCK expression is induced and activation in the nucleus in response to DNA damage insult. LCK inhibition attenuates expression of RAD51, BRCA1, and BRCA2 proteins necessary for HR-mediated DNA repair, sufficient to suppress RAD51 foci formation, and augments γH2AX foci formation. Mechanistically, DNA damage leads to direct interaction of LCK with RAD51 and BRCA1 in a kinase dependent manner. Attenuation of LCK sensitized HR-proficient eEOC cells to PARP inhibitor in cell culture and pre-clinical mouse studies. These findings identify a new mechanism for expanding utility of PARP inhibitors in HR proficient ovarian cancer. Graphical Abstract

Abstract Triple-negative breast cancer (TNBC) represents the most lethal and treatment-resistant breast cancer subtype with limited treatment options. We previously identified a protein complex unique to TNBC cancer stem cells composed of the gap junction protein connexin 26 (Cx26), the pluripotency transcription factor NANOG, and focal adhesion kinase (FAK). We sought to determine whether a peptide mimetic of Cx26 designed to target the complex attenuated tumor growth in pre-clinical models. Histological assessment was employed to verify expression of complex members. We designed peptides based on Cx26 juxtamembrane domains and performed binding experiments with NANOG and FAK using surface plasmon resonance. Peptides with high affinity were engineered with a cell-penetrating sequence and assessed in functional assays including cell proliferation, self-renewal, and in vivo tumor growth, and downstream signaling changes were measured. Binding studies revealed that the Cx26 C-terminal tail and intracellular loop bound to NANOG and FAK with submicromolar-to-micromolar affinity and that a 5-amino acid sequence in the C-terminal tail of Cx26 (RYCSG) was sufficient for binding. The Cx26 C-terminal tail was tagged with an antennapedia cell-penetrating peptide sequence and intracellular localization was confirmed. The cell-penetrating Cx26 peptide (aCx26-pep) disrupted self-renewal as assessed by tumorsphere formation assay while reducing nuclear FAK and NANOG and inhibiting NANOG target gene expression in TNBC cells but not luminal mammary epithelial cells. In vivo, aCx26-pep reduced tumor growth and proliferation and induced cell death. We provide proof-of-concept that a Cx26 peptide-based strategy inhibits growth and alters NANOG activity in TNBC.