Abstract Alzheimer’s disease typically progresses in stages, which have been defined by the presence of disease-specific biomarkers: amyloid (A), tau (T) and neurodegeneration (N). This progression of biomarkers has been condensed into the ATN framework, in which each of the biomarkers can be either positive (+) or negative (−). Over the past decades, genome-wide association studies have implicated ∼90 different loci involved with the development of late-onset Alzheimer’s disease. Here, we investigate whether genetic risk for Alzheimer’s disease contributes equally to the progression in different disease stages or whether it exhibits a stage-dependent effect. Amyloid (A) and tau (T) status was defined using a combination of available PET and CSF biomarkers in the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative cohort. In 312 participants with biomarker-confirmed A−T− status, we used Cox proportional hazards models to estimate the contribution of APOE and polygenic risk scores (beyond APOE) to convert to A+T− status (65 conversions). Furthermore, we repeated the analysis in 290 participants with A+T− status and investigated the genetic contribution to conversion to A+T+ (45 conversions). Both survival analyses were adjusted for age, sex and years of education. For progression from A−T− to A+T−, APOE-e4 burden showed a significant effect [hazard ratio (HR) = 2.88; 95% confidence interval (CI): 1.70–4.89; P < 0.001], whereas polygenic risk did not (HR = 1.09; 95% CI: 0.84–1.42; P = 0.53). Conversely, for the transition from A+T− to A+T+, the contribution of APOE-e4 burden was reduced (HR = 1.62; 95% CI: 1.05–2.51; P = 0.031), whereas the polygenic risk showed an increased contribution (HR = 1.73; 95% CI: 1.27–2.36; P < 0.001). The marginal APOE effect was driven by e4 homozygotes (HR = 2.58; 95% CI: 1.05–6.35; P = 0.039) as opposed to e4 heterozygotes (HR = 1.74; 95% CI: 0.87–3.49; P = 0.12). The genetic risk for late-onset Alzheimer’s disease unfolds in a disease stage-dependent fashion. A better understanding of the interplay between disease stage and genetic risk can lead to a more mechanistic understanding of the transition between ATN stages and a better understanding of the molecular processes leading to Alzheimer’s disease, in addition to opening therapeutic windows for targeted interventions.

Factor V Leiden (F5L) is a common genetic risk factor for venous thromboembolism in humans. We conducted a sensitized ENU mutagenesis screen for dominant thrombosuppressor genes based on perinatal lethal thrombosis in mice homozygous for F5L (F5L/L) and haploinsufficient for tissue factor pathway inhibitor (Tfpi+/-). F8 deficiency enhanced survival of F5L/L Tfpi+/- mice, demonstrating that F5L/L Tfpi+/- lethality is genetically suppressible. ENU-mutagenized F5L/L males and F5L/+ Tfpi+/- females were crossed to generate 6,729 progeny, with 98 F5L/L Tfpi+/- offspring surviving until weaning. Sixteen lines exhibited transmission of a putative thrombosuppressor to subsequent generations, with these lines referred to as MF5L (Modifier of Factor 5 Leiden) 1-16. Linkage analysis in MF5L6 identified a chromosome 3 locus containing the tissue factor gene (F3). Though no ENU-induced F3 mutation was identified, haploinsufficiency for F3 (F3+/-) suppressed F5L/L Tfpi+/- lethality. Whole exome sequencing in MF5L12 identified an Actr2 gene point mutation (p.R258G) as the sole candidate. Inheritance of this variant is associated with suppression of F5L/L Tfpi+/- lethality (p=1.7x10-6), suggesting that Actr2p.R258G is thrombosuppressive. CRISPR/Cas9 experiments to generate an independent Actr2 knockin/knockout demonstrated that Actr2 haploinsufficiency is lethal, supporting a hypomorphic or gain of function mechanism of action for Actr2p.R258G. Our findings identify F8 and the Tfpi/F3 axis as key regulators in determining thrombosis balance in the setting of F5L and also suggest a novel role for Actr2 in this process.

Oncology research is increasingly incorporating molecular detection of circulating tumor DNA (ctDNA) as a tool for cancer surveillance and early detection. However, non-invasive monitoring of conditions with low tumor burden remains challenging, as the diagnostic sensitivity of most ctDNA assays is inversely correlated with total DNA concentration and ctDNA abundance. Here we present the Multiplex Enrichment using Droplet Pre-Amplification (MED-Amp) method, which com-bines single-molecule emulsification and short-round PCR preamplification with digital droplet PCR (ddPCR) detection of mutant DNA template. The MED-Amp assay increased mutant signal by over 50-fold with minimal distortion in allelic frequency. We demonstrate detection of as few as 3 mutant copies in wild-type DNA concentrations ranging from 5 to 50ng. The MED-Amp assay successfully detected KRAS mutant ctDNA in 86% plasma samples obtained from patients with metastatic pancreatic ductal adenocarcinoma. This assay for high-sensitivity rare variant detection is appropriate for liquid biopsy samples, or other limited clinical biospecimens

Abstract Purpose The clinical utility of circulating tumor DNA (ctDNA) has been shown in advanced pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA). However, diagnostic sensitivity of many ctDNA assays is low in resectable and locally advanced disease, where tumor burden is substantially lower. We have previously described Multiplex Enrichment using Droplet Pre-Amplification (MED-Amp), a multiplexed panel for the detection of the most common oncogenic KRAS mutations in PDA. In this study, we aimed to assess the diagnostic sensitivity of MED-Amp for detection of rare mutant alleles present in the plasma of patients with localized PDA. Experimental Design We retrospectively analyzed ninety-eight plasma samples from 51 patients with various stages of localized disease. For comparison, we measured ctDNA levels in 20 additional patients with metastatic PDA. The MED-Amp assay was used to measure the abundance of the four most common KRAS codon 12 mutations (G12C/D/R/V). We correlated the presence and quantity of ctDNA with overall survival (OS) as well as progression-free survival (PFS). Using serial plasma draws, we also assessed the relationship between changes in ctDNA allelic frequency and progression. Results KRAS -positive ctDNA was detected in 52.9% of localized PDA and 75% of metastatic samples tested using DNA inputs as low as 2 ng. As previously reported, the presence of KRAS mutant ctDNA was correlated with worse OS for all disease stages (p = 0.02). In patients with localized PDA high ctDNA levels also correlated with significantly worse median OS (533 days vs 1090 days) and PFS (192 days vs 787 days). We also studied a small cohort of serial plasma draws to observe the relationship between ctDNA fold change and PFS. We found 83% of patients with increased fold change in mutant KRAS experienced disease progression (n=6). In contrast, 75% (n=4) of patients with decreased fold change remained disease-free (p=0.03). Conclusions MED-Amp is a flexible and cost-effective approach for measurement of ctDNA in patients with localized cancer. Though this study focused on KRAS mutation detection, this assay could be adapted for a number of common oncogenic alterations. Statement of translational relevance Only 25% of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) patients with localized disease survive five years post-resection. It is hypothesized PDA undergoes dissemination at the earliest stages of tumor formation, driving formation of occult metastases which go undetected using conventional screening methods. Development of high specificity, high sensitivity biomarkers is critical to improving patient mortality. Circulating tumor DNA (ctDNA) has gained increasing acceptance as a non-invasive prognostic in metastatic disease. However, the sensitivity of most targeted ctDNA assays precludes reliable detection of localized and resected disease. Here, we present a digital droplet PCR assay for multiplexed enrichment and detection of KRAS mutations, the most commonly mutated oncogene in PDA. This assay preserves ctDNA allelic frequency in the original sample, while increasing the molecular signal over 50-fold. This study shows the ctDNA has potential diagnostic value in early-stage PDA, and that digital preenrichment of cell-free DNA increases overall assay sensitivity without sacrificing specificity.

ABSTRACT Adenosine deaminase acting on RNA 1 (ADAR1) is an RNA-binding protein that deaminates adenosine(A) to inosine(I). A-to-I editing alters post-transcriptional RNA processing making ADAR1 a critical regulator of gene expression. Consequently, Adar1 has been implicated in organogenesis. To determine the role of Adar1 in pancreatic development and homeostasis, we specifically deleted Adar1 from the murine pancreas ( Ptf1a Cre/+ ; Adar1 Fl/Fl ). The resulting mice had stunted growth likely due to malabsorption associated with exocrine pancreas insufficiency. Analyses of pancreases revealed ductal expansion, heightened interferon-stimulated gene expression and an increased influx of immune cells. In addition, we observed an increased prevalence of CD4 + T and natural killer cells in their splenic tissue. These results indicate an association between loss of pancreatic Adar1 with dysregulation of systemic immunity. Concurrent deletion of Adar1 and Mavs , a signaling protein implicated in the innate immune pathway rescued the degenerative phenotype and resulted in normal pancreatic development. Taken together, our work suggests that the primary function of Adar1 in the pancreas is to prevent aberrant activation of the Mavs-mediated innate immune pathway, thereby maintaining pancreatic homeostasis. Summary statement This work defines the role of Adar1 in pancreatic development and homeostasis.

Abstract Conventional genetically engineered mouse models (GEMMs) are time consuming, laborious and offer limited spatio-temporal control. Here, we describe the development of a streamlined platform for in vivo gene activation using CRISPR activation (CRISPRa) technology. Unlike conventional GEMMs, our model system allows for flexible, sustained and timed activation of one or more target genes using single or pooled lentiviral guides. Using Myc and Yap1 as model oncogenes, we demonstrate gene activation in primary pancreatic organoid cultures in vitro and enhanced tumorigenic potential in Myc -activated organoids when transplanted orthotopically. By implementing our model as an autochthonous lung cancer model, we show that transduction-mediated Myc activation leads to accelerated tumor progression and significantly reduced overall survival relative to non-targeted tumor controls. Furthermore, we found that Myc -activation led to the acquisition of an immune suppressive “cold” tumor microenvironment. Through cross-species validation of our results using publicly available RNA/DNA-seq data sets, we were able to link MYC to a previously described, immunosuppressive transcriptomic subtype in patient tumors, thus identifying a patient cohort that may benefit from combined MYC/immune-targeted therapies. Overall, our work demonstrates how CRISPRa can be used for rapid functional validation of putative oncogenes and may allow for the identification and evaluation of potential metastatic and oncogenic drivers through competitive screening.