Abstract A variety of organisms have been shown to have altered physiology or developed pathology due to gene transfer, but mammals have never been shown to do so. Here, we show that circulating tumor DNA (ct) can promote cell-specific horizontal gene transfer (HGT) between human cancer cells and explain the mechanisms behind this phenomenon. Once ctDNA enters the host cell, it migrates to the nucleus and integrates into the cell’s genome, thereby transferring its genetic information. We determine that retrotransposons of the ERVL, SINE, and LINE families are necessary for cell targeting and the integration of ctDNA into host DNA. Using chemically synthesized retrotransposons, we found that AluSp and MER11C reproduced multiple myeloma’s (MM) ctDNA’s cell targeting and integration into MM cells. We also discovered that ctDNA might, as a result of HGT, influence the treatment response of multiple myeloma and pancreatic cancer models. Overall, this is the first study to show that retrotransposon-directed HGT can promote genetic material transfer in cancer. There is, however, a broader impact of our findings than just cancer since cell-free DNA has also been found in physiological and other pathological conditions as well. Furthermore, with the discovery of transposons-mediated tissue-specific targeting, a new avenue for the delivery of genes and therapies will emerge.

Abstract The genetic and metabolic heterogeneity of RAS-driven cancers has confounded therapeutic strategies in the clinic. To address this, rapid and genetically tractable animal models are needed that recapitulate the heterogeneity of RAS-driven cancers in vivo. Here, we generate a Drosophila melanogaster model of Ras/Lkb1mutant carcinoma. We show that low-level expression of oncogenic Ras (Ras Lo ) promotes the survival of Lkb1 mutant tissue, but results in autonomous cell cycle arrest and non-autonomous overgrowth of wild-type tissue. In contrast, high-level expression of oncogenic Ras (Ras Hi ) transforms Lkb1 mutant tissue resulting in lethal malignant tumors. Using simultaneous multiview light-sheet microcopy, we have characterized invasion phenotypes of Ras/Lkb1 tumors in living larvae. Our molecular analysis reveals sustained activation of the AMPK pathway in malignant Ras/Lkb1 tumors, and demonstrate the genetic and pharmacologic dependence of these tumors on CaMK-activated Ampk. We further show that LKB1 mutant human lung adenocarcinoma patients with high levels of oncogenic KRAS exhibit worse overall survival and increased AMPK activation. Our results suggest that high levels of oncogenic KRAS is a driving event in the malignant transformation of LKB1 mutant tissue, and uncover a novel vulnerability that may be used to target this aggressive genetic subset of RAS-driven tumors. One Sentence Summary A multivariable Ras-driven Drosophila model reveals a novel LKB1 mutant lung adenocarcinoma patient subpopulation and targetable effector pathway.