Abstract Malignant melanoma is one of the most common types of cancer in the United States. Despite recent and well-described progress in melanoma treatment, advanced disease still carries a poor prognosis for many patients and chemotherapy has been appropriately abandoned as a front-line option. Wild-type isocitrate dehydrogenase 1 (wtIDH1) has recently been implicated as a metabolic dependency in cancer. The enzyme is protective to cancer cells under metabolic stress, including oxidative damage by conventional chemotherapy and nutrient limitation characteristic of the tumor microenvironment. Specifically, the cytosolic enzyme generates NADPH to maintain redox homeostasis. IDH1 also supports mitochondrial function through anaplerosis of its reaction product, α-ketoglutarate. We show that melanoma patients express higher levels of the wtIDH1 enzyme compared to normal skin tissue, and elevated wtIDH1 expression portends poor patient survival. Knockdown of IDH1 by RNA interference inhibited cell proliferation and migration under low nutrient levels. Suppression of IDH1 expression in melanoma also decreased NADPH and glutathione levels, resulting in increased reactive oxygen species. An FDA-approved inhibitor of mutant IDH1, ivosidenib (AG-120), exhibited potent anti-wtIDH1 properties under low magnesium and nutrient levels, reflective of the tumor microenvironment in natura . Similarly, findings were replicated in murine models of melanoma. Further, wtIDH1 inhibition was synergistic to conventional anti-melanoma chemotherapy in pre-clinical models. This work points to a novel and readily available combination treatment strategy for patients with advanced and refractory melanoma.

Summary Pancreatic cancer (Pancreatic Ductal Adenocarcinoma; PDAC) is highly resistant to chemotherapy. Effective alternative therapies have yet to emerge, leaving chemotherapy as the best available systematic treatment. The discovery of safe and available adjuncts that improve chemotherapeutic efficacy would potentially improve survival outcomes. We show that a hyperglycemic state enhances the efficacy of conventional single- and multi-agent chemotherapies against PDAC. Molecular analyses of tumors exposed to relatively high glucose levels revealed that a key metabolic pathway, glutathione biosynthesis, is diminished and underlies chemo-sensitization by enhancing oxidative injury to cancer cells. Inhibition of this pathway under normal conditions phenocopied a hyperglycemic state by enhancing chemotherapeutic efficacy in mouse PDAC, while rescuing the pathway under high glucose abrogated the anti-tumor effects observed with chemotherapy.

Abstract ∼90% metastatic pancreatic ductal adenocarcinoma (mPDAC) occurs in the liver, and the 5-year survival rate for patients with mPDAC is only at 3%. We previously reported that liver endothelial cells (ECs) secreted soluble factors to promote colorectal cancer cell survival in a paracrine fashion. However, the effects of liver ECs on mPDAC have not been elucidated. In this study, we used primary ECs from non-neoplastic liver tissues. We treated PDAC cells with conditioned medium (CM) from liver ECs, with CM from PDAC as controls, and determined that liver EC-secreted factors increased PDAC cell growth. Using an unbiased receptor tyrosine kinase array, we identified human epidermal growth factor receptor 3 (HER3, also known as ErbB3) as a key mediator in EC-induced growth in PDAC cells that have HER3 expression (HER3 +ve). We found that EC-secreted neuregulins activated the HER3-AKT signaling axis, and that depleting neuregulins from EC CM or blocking HER3 with an antibody, seribantumab, attenuated EC-induced proliferation in HER3 +ve PDAC cells, but not in cells without HER3 expression. Furthermore, we determined that EC CM increased PDAC xenograft growth in vivo , and that seribantumab blocked EC-induced growth in xenografts with HER3 expression. These findings elucidated a paracrine role of liver ECs in promoting PDAC cell growth, and identified the HER3-AKT axis as a key mediator in EC-induced functions in PDAC cells with HER3 expression. Implications over 70% mPDAC express HER3. This study suggests the potential of using HER3-targeted therapies for treating patients with HER3 +ve mPDAC.

Abstract Pancreatic cancer cells alter their metabolism to survive cancer-associated stress (1-4). For example, cancer cells must adapt to steep nutrient gradients that characterize the natural tumor microenvironment (TME) (5-7). In the absence of adaptive strategies, harsh metabolic conditions promote the generation of free radicals (8) and impair energy production in tumor cells. Towards this end, wild-type isocitrate dehydrogenase 1 (IDH1) activity is a metabolic requirement for cancer cells living in a harsh metabolic milieu. The cytosolic enzyme interconverts isocitrate and alpha-ketoglutarate, and uses NADP(H) as a cofactor. We show that under low nutrient conditions, the enzymatic reaction favors oxidative decarboxylation to yield NADPH and alpha-ketoglutarate. Metabolic studies showed that the IDH1 products directly support antioxidant defense and mitochondrial function in stressed cancer cells. Genetic IDH1 suppression reduced growth of pancreatic cancer cells in vitro under low nutrient conditions and in mouse models of pancreatic cancer. Surprisingly, allosteric inhibitors of mutant IDH1 proved to be potent wild-type IDH1 inhibitors under conditions specific to the TME, highlighting a natural therapeutic window. The presence of low magnesium enhanced allosteric inhibition by the drug, and ambient low glucose levels enhanced cancer cells’ dependence on wild-type IDH1. Thus, intrinsic TME conditions sensitized wild-type IDH1 to FDA-approved AG-120 (ivosidenib), and revealed the drug to be a potent single-agent therapeutic in cell culture and diverse in vivo cancer models. This work identified a potentially new repertoire of safe cancer therapies, including a clinically available compound, for the treatment of multiple wild-type IDH1 cancers (e.g., pancreatic).

ABSTRACT We previously showed that liver endothelial cells (ECs) secreted soluble factors in a paracrine fashion and activated human epidermal growth factor receptor 3 (HER3, also known as ERBB3) for promoting colorectal cancer (CRC) growth and chemoresistance. However, RAS proteins play a critical role in receptor tyrosine kinase signaling pathways, and KRAS mutations mediate CRC resistance to therapies targeting EGFR, another HER protein. Therefore, the role of KRAS mutation status in EC-induced HER3 activation and CRC survival was investigated as it has therapeutic implications. We used CRC cell lines and patient-derived xenografts harboring KRAS wild-type or mutant genes and demonstrated that liver EC-secreted factors promoted HER3-mediated CRC cell growth independent of KRAS mutation status. Also, blocking HER3 in CRC cells by siRNAs or a HER3 antibody seribantumab blocked EC-induced CRC survival. Our findings highlight the potential of utilizing HER3 targeted therapies for treating patients with mCRC independent of RAS mutational status.

ABSTRACT For patients with pancreatic cancer, survival rates lag behind other common cancers. This is in part due to the relative resistance to conventional chemotherapeutics and novel immune- or targeted-therapies. Ongoing research efforts are needed to identify and validate effective therapies. It is the unfortunate reality that a significant proportion of pre-clinical success does not translate into improved patient outcomes, likely due to a multitude of factors. In the current research landscape, flank xenograft models are commonly utilized to study pancreatic cancer, as this technique is fast, fairly non-invasive, and reliable. However, this model is not anatomically or physiologically accurate, does not impact other intra-abdominal organs, and experiments are often ended based on tumor size rather than systemic illness. Orthotopic injections of cancer cells directly into the pancreas for study of localized disease or into the spleen for study of hepatic metastases can be performed via a quick, reliable, minimally invasive surgical procedure with minimal morbidity and mortality. Existing methodologic reports are often sparse. Thus, there are significant knowledge and technical gaps for researchers attempting these techniques for the first time. In the current report, details of orthotopic pancreatic injections and splenic injections for metastatic disease are provided. Details of commonly encountered operative issues and mistakes are presented with suggestions to improve performance are described. A summary of expected outcomes is also provided herein.

Pancreatic cancer is the third leading cause of cancer death in the United States, and while conventional chemotherapy remains the standard treatment, responses are poor. Safe and alternative therapeutic strategies are urgently needed