Very rare cases of human T cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) harbor chromosomal translocations that involve NOTCH1 , a gene encoding a transmembrane receptor that regulates normal T cell development. Here, we report that more than 50% of human T-ALLs, including tumors from all major molecular oncogenic subtypes, have activating mutations that involve the extracellular heterodimerization domain and/or the C-terminal PEST domain of NOTCH1. These findings greatly expand the role of activated NOTCH1 in the molecular pathogenesis of human T-ALL and provide a strong rationale for targeted therapies that interfere with NOTCH signaling.

Tumors are largely classified by histologic appearance, yet morphologic features do not necessarily predict cellular origin. To determine the origin of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA), we labeled and traced pancreatic cell populations after induction of a PDA-initiating Kras mutation. Our studies reveal that ductal and stem-like centroacinar cells are surprisingly refractory to oncogenic transformation, whereas acinar cells readily form PDA precursor lesions with ductal features. We show that formation of acinar-derived premalignant lesions depends on ectopic induction of the ductal gene Sox9. Moreover, when concomitantly expressed with oncogenic Kras, Sox9 accelerates formation of premalignant lesions. These results provide insight into the cellular origin of PDA and suggest that its precursors arise via induction of a duct-like state in acinar cells.

TP53 is the most frequently mutated tumor suppressor gene in human cancer, with nearly 50% of all tumors exhibiting a loss-of-function mutation. To further elucidate the genetic pathways involving TP53 and cancer, we have exploited the zebrafish, a powerful vertebrate model system that is amenable to whole-genome forward-genetic analysis and synthetic-lethal screens. Zebrafish lines harboring missense mutations in the tp53 DNA-binding domain were identified by using a target-selected mutagenesis strategy. Homozygous mutant fish from two of these lines were viable and exhibited mutations similar to those found in human cancers ( tp53 N168K and tp53 M214K ). Although homozygous tp53 N168K mutants were temperature-sensitive and suppressed radiation-induced apoptosis only at 37°C, cells in the tp53 M214K embryos failed to undergo apoptosis in response to γ radiation at both 28 and 37°C. Unlike wild-type control embryos, irradiated tp53 M214K embryos also failed to up-regulate p21 and did not arrest at the G 1 /S checkpoint. Beginning at 8.5 months of age, 28% of tp53 M214K mutant fish developed malignant peripheral nerve sheath tumors. In addition to providing a model for studying the molecular pathogenic pathways of malignant peripheral nerve sheath tumors, these mutant zebrafish lines provide a unique platform for modifier screens to identify genetic mutations or small molecules that affect tp53 -related pathways, including apoptosis, cell-cycle delay, and tumor suppression.

Chronic pancreatitis is a well-known risk factor for pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) development in humans, and inflammation promotes PDA initiation and progression in mouse models of the disease. However, the mechanistic link between inflammatory damage and PDA initiation is unclear. Using a Kras-driven mouse model of PDA, we establish that the inflammatory mediator Stat3 is a critical component of spontaneous and pancreatitis-accelerated PDA precursor formation and supports cell proliferation, metaplasia-associated inflammation, and MMP7 expression during neoplastic development. Furthermore, we show that Stat3 signaling enforces MMP7 expression in PDA cells and that MMP7 deletion limits tumor size and metastasis in mice. Finally, we demonstrate that serum MMP7 level in human patients with PDA correlated with metastatic disease and survival.

Missense mutations in the p53 tumor suppressor inactivate its antiproliferative properties but can also promote metastasis through a gain-of-function activity. We show that sustained expression of mutant p53 is required to maintain the prometastatic phenotype of a murine model of pancreatic cancer, a highly metastatic disease that frequently displays p53 mutations. Transcriptional profiling and functional screening identified the platelet-derived growth factor receptor b (PDGFRb) as both necessary and sufficient to mediate these effects. Mutant p53 induced PDGFRb through a cell-autonomous mechanism involving inhibition of a p73/NF-Y complex that represses PDGFRb expression in p53-deficient, noninvasive cells. Blocking PDGFRb signaling by RNA interference or by small molecule inhibitors prevented pancreatic cancer cell invasion in vitro and metastasis formation in vivo. Finally, high PDGFRb expression correlates with poor disease-free survival in pancreatic, colon, and ovarian cancer patients, implicating PDGFRb as a prognostic marker and possible target for attenuating metastasis in p53 mutant tumors.

Therapeutic targeting of KRAS-mutant lung adenocarcinoma represents a major goal of clinical oncology. KRAS itself has proved difficult to inhibit, and the effectiveness of agents that target key KRAS effectors has been thwarted by activation of compensatory or parallel pathways that limit their efficacy as single agents. Here we take a systematic approach towards identifying combination targets for trametinib, a MEK inhibitor approved by the US Food and Drug Administration, which acts downstream of KRAS to suppress signalling through the mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascade. Informed by a short-hairpin RNA screen, we show that trametinib provokes a compensatory response involving the fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1) that leads to signalling rebound and adaptive drug resistance. As a consequence, genetic or pharmacological inhibition of FGFR1 in combination with trametinib enhances tumour cell death in vitro and in vivo. This compensatory response shows distinct specificities: it is dominated by FGFR1 in KRAS-mutant lung and pancreatic cancer cells, but is not activated or involves other mechanisms in KRAS wild-type lung and KRAS-mutant colon cancer cells. Importantly, KRAS-mutant lung cancer cells and patients’ tumours treated with trametinib show an increase in FRS2 phosphorylation, a biomarker of FGFR activation; this increase is abolished by FGFR1 inhibition and correlates with sensitivity to trametinib and FGFR inhibitor combinations. These results demonstrate that FGFR1 can mediate adaptive resistance to trametinib and validate a combinatorial approach for treating KRAS-mutant lung cancer. A systematic screen identifies FGFR1 signalling reactivation as an adaptive resistance mechanism after MEK inhibition specific for KRAS tumours, which can be targeted by combined inhibition with the clinically approved drugs trametinib and ponatinib. The authors explore potential vulnerabilities of KRAS-driven tumours that could increase the efficacy of MEK inhibition. A systematic screen identifies fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1) signalling reactivation as an adaptive resistance mechanism after MEK inhibition specific for KRAS tumours, which can be targeted by combined inhibition with the clinically approved drugs trametinib and ponatinib.

Cellular plasticity in adult organs is involved in both regeneration and carcinogenesis. WT mouse acinar cells rapidly regenerate following injury that mimics acute pancreatitis, a process characterized by transient reactivation of pathways involved in embryonic pancreatic development. In contrast, such injury promotes the development of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) precursor lesions in mice expressing a constitutively active form of the GTPase, Kras, in the exocrine pancreas. The molecular environment that mediates acinar regeneration versus the development of PDA precursor lesions is poorly understood. Here, we used genetically engineered mice to demonstrate that mutant Kras promotes acinar-to-ductal metaplasia (ADM) and pancreatic cancer precursor lesion formation by blocking acinar regeneration following acute pancreatitis. Our results indicate that β-catenin is required for efficient acinar regeneration. In addition, canonical β-catenin signaling, a pathway known to regulate embryonic acinar development, is activated following acute pancreatitis. This regeneration-associated activation of β-catenin signaling was not observed during the initiation of Kras-induced acinar-to-ductal reprogramming. Furthermore, stabilized β-catenin signaling antagonized the ability of Kras to reprogram acini into PDA preneoplastic precursors. Therefore, these results suggest that β-catenin signaling is a critical determinant of acinar plasticity and that it is inhibited during Kras-induced fate decisions that specify PDA precursors, highlighting the importance of temporal regulation of embryonic signaling pathways in the development of neoplastic cell fates.

There are still gaps in our understanding of the complex processes by which p53 suppresses tumorigenesis. Here we describe a novel role for p53 in suppressing the mevalonate pathway, which is responsible for biosynthesis of cholesterol and nonsterol isoprenoids. p53 blocks activation of SREBP-2, the master transcriptional regulator of this pathway, by transcriptionally inducing the ABCA1 cholesterol transporter gene. A mouse model of liver cancer reveals that downregulation of mevalonate pathway gene expression by p53 occurs in premalignant hepatocytes, when p53 is needed to actively suppress tumorigenesis. Furthermore, pharmacological or RNAi inhibition of the mevalonate pathway restricts the development of murine hepatocellular carcinomas driven by p53 loss. Like p53 loss, ablation of ABCA1 promotes murine liver tumorigenesis and is associated with increased SREBP-2 maturation. Our findings demonstrate that repression of the mevalonate pathway is a crucial component of p53-mediated liver tumor suppression and outline the mechanism by which this occurs.

Although p53 inactivation promotes genomic instability1 and presents a route to malignancy for more than half of all human cancers2,3, the patterns through which heterogenous TP53 (encoding human p53) mutant genomes emerge and influence tumorigenesis remain poorly understood. Here, in a mouse model of pancreatic ductal adenocarcinoma that reports sporadic p53 loss of heterozygosity before cancer onset, we find that malignant properties enabled by p53 inactivation are acquired through a predictable pattern of genome evolution. Single-cell sequencing and in situ genotyping of cells from the point of p53 inactivation through progression to frank cancer reveal that this deterministic behaviour involves four sequential phases-Trp53 (encoding mouse p53) loss of heterozygosity, accumulation of deletions, genome doubling, and the emergence of gains and amplifications-each associated with specific histological stages across the premalignant and malignant spectrum. Despite rampant heterogeneity, the deletion events that follow p53 inactivation target functionally relevant pathways that can shape genomic evolution and remain fixed as homogenous events in diverse malignant populations. Thus, loss of p53-the 'guardian of the genome'-is not merely a gateway to genetic chaos but, rather, can enable deterministic patterns of genome evolution that may point to new strategies for the treatment of TP53-mutant tumours.

ABSTRACT Mutations in genes encoding components of chromatin modifying and remodeling complexes are among the most frequently observed somatic events in human cancers. For example, missense and nonsense mutations targeting the mixed lineage leukemia family member 3 ( MLL3 / KMT2C ) histone methyltransferase occur in a range of solid tumors and heterozygous deletions encompassing MLL3 occur in a subset of aggressive leukemias. Although MLL3 loss can promote tumorigenesis in mice, the molecular targets and biological processes by which MLL3 suppresses tumorigenesis remain poorly characterized. Here we combined genetic, epigenomic, and animal modeling approaches to demonstrate that one of the mechanisms by which MLL3 links chromatin remodeling to tumor suppression is by co-activating the Cdkn2a tumor suppressor locus. Disruption of Mll3 cooperates with Myc overexpression in the development of murine hepatocellular carcinoma (HCC), in which MLL3 binding to the Cdkn2a locus is blunted, resulting in reduced H3K4 methylation and low expression levels of the locus-encoded genes, Ink4a and Arf . Conversely, elevated MLL3 expression increases its binding to the CDKN2A locus and co-activates gene transcription. Endogenous Mll3 restoration reverses these chromatin and transcriptional effects and triggers Ink4a / Arf -dependent apoptosis. Underscoring the human relevance of this epistasis, we found that genomic alterations in MLL3 and CDKN2A display mutual exclusivity in human HCC samples. These results collectively point to a new mechanism for disrupting CDKN2A activity during cancer development and, in doing so, link MLL3 to an established tumor suppressor network.