Abstract The success in lung cancer therapy with programmed death (PD)-1 blockade suggests that immune escape mechanisms contribute to lung tumor pathogenesis. We identified a correlation between EGF receptor (EGFR) pathway activation and a signature of immunosuppression manifested by upregulation of PD-1, PD-L1, CTL antigen-4 (CTLA-4), and multiple tumor-promoting inflammatory cytokines. We observed decreased CTLs and increased markers of T-cell exhaustion in mouse models of EGFR-driven lung cancer. PD-1 antibody blockade improved the survival of mice with EGFR-driven adenocarcinomas by enhancing effector T-cell function and lowering the levels of tumor-promoting cytokines. Expression of mutant EGFR in bronchial epithelial cells induced PD-L1, and PD-L1 expression was reduced by EGFR inhibitors in non–small cell lung cancer cell lines with activated EGFR. These data suggest that oncogenic EGFR signaling remodels the tumor microenvironment to trigger immune escape and mechanistically link treatment response to PD-1 inhibition. Significance: We show that autochthonous EGFR-driven lung tumors inhibit antitumor immunity by activating the PD-1/PD-L1 pathway to suppress T-cell function and increase levels of proinflammatory cytokines. These findings indicate that EGFR functions as an oncogene through non–cell-autonomous mechanisms and raise the possibility that other oncogenes may drive immune escape. Cancer Discov; 3(12); 1355–63. ©2013 AACR. See related commentary by Rech and Vonderheide, p. 1330 This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1317

The MYC oncoproteins are thought to stimulate tumor cell growth and proliferation through amplification of gene transcription, a mechanism that has thwarted most efforts to inhibit MYC function as potential cancer therapy. Using a covalent inhibitor of cyclin-dependent kinase 7 (CDK7) to disrupt the transcription of amplified MYCN in neuroblastoma cells, we demonstrate downregulation of the oncoprotein with consequent massive suppression of MYCN-driven global transcriptional amplification. This response translated to significant tumor regression in a mouse model of high-risk neuroblastoma, without the introduction of systemic toxicity. The striking treatment selectivity of MYCN-overexpressing cells correlated with preferential downregulation of super-enhancer-associated genes, including MYCN and other known oncogenic drivers in neuroblastoma. These results indicate that CDK7 inhibition, by selectively targeting the mechanisms that promote global transcriptional amplification in tumor cells, may be useful therapy for cancers that are driven by MYC family oncoproteins.

Abstract STK11/LKB1 is among the most commonly inactivated tumor suppressors in non–small cell lung cancer (NSCLC), especially in tumors harboring KRAS mutations. Many oncogenes promote immune escape, undermining the effectiveness of immunotherapies, but it is unclear whether the inactivation of tumor suppressor genes, such as STK11/LKB1, exerts similar effects. In this study, we investigated the consequences of STK11/LKB1 loss on the immune microenvironment in a mouse model of KRAS-driven NSCLC. Genetic ablation of STK11/LKB1 resulted in accumulation of neutrophils with T-cell–suppressive effects, along with a corresponding increase in the expression of T-cell exhaustion markers and tumor-promoting cytokines. The number of tumor-infiltrating lymphocytes was also reduced in LKB1-deficient mouse and human tumors. Furthermore, STK11/LKB1–inactivating mutations were associated with reduced expression of PD-1 ligand PD-L1 in mouse and patient tumors as well as in tumor-derived cell lines. Consistent with these results, PD-1–targeting antibodies were ineffective against Lkb1-deficient tumors. In contrast, treating Lkb1-deficient mice with an IL6-neutralizing antibody or a neutrophil-depleting antibody yielded therapeutic benefits associated with reduced neutrophil accumulation and proinflammatory cytokine expression. Our findings illustrate how tumor suppressor mutations can modulate the immune milieu of the tumor microenvironment, and they offer specific implications for addressing STK11/LKB1–mutated tumors with PD-1–targeting antibody therapies. Cancer Res; 76(5); 999–1008. ©2016 AACR.

Targeted therapies have demonstrated efficacy against specific subsets of molecularly defined cancers. Although most patients with lung cancer are stratified according to a single oncogenic driver, cancers harbouring identical activating genetic mutations show large variations in their responses to the same targeted therapy. The biology underlying this heterogeneity is not well understood, and the impact of co-existing genetic mutations, especially the loss of tumour suppressors, has not been fully explored. Here we use genetically engineered mouse models to conduct a 'co-clinical' trial that mirrors an ongoing human clinical trial in patients with KRAS-mutant lung cancers. This trial aims to determine if the MEK inhibitor selumetinib (AZD6244) increases the efficacy of docetaxel, a standard of care chemotherapy. Our studies demonstrate that concomitant loss of either p53 (also known as Tp53) or Lkb1 (also known as Stk11), two clinically relevant tumour suppressors, markedly impaired the response of Kras-mutant cancers to docetaxel monotherapy. We observed that the addition of selumetinib provided substantial benefit for mice with lung cancer caused by Kras and Kras and p53 mutations, but mice with Kras and Lkb1 mutations had primary resistance to this combination therapy. Pharmacodynamic studies, including positron-emission tomography (PET) and computed tomography (CT), identified biological markers in mice and patients that provide a rationale for the differential efficacy of these therapies in the different genotypes. These co-clinical results identify predictive genetic biomarkers that should be validated by interrogating samples from patients enrolled on the concurrent clinical trial. These studies also highlight the rationale for synchronous co-clinical trials, not only to anticipate the results of ongoing human clinical trials, but also to generate clinically relevant hypotheses that can inform the analysis and design of human studies.

Small cell lung cancer (SCLC) is an aggressive disease with high mortality, and the identification of effective pharmacological strategies to target SCLC biology represents an urgent need. Using a high-throughput cellular screen of a diverse chemical library, we observe that SCLC is sensitive to transcription-targeting drugs, in particular to THZ1, a recently identified covalent inhibitor of cyclin-dependent kinase 7. We find that expression of super-enhancer-associated transcription factor genes, including MYC family proto-oncogenes and neuroendocrine lineage-specific factors, is highly vulnerability to THZ1 treatment. We propose that downregulation of these transcription factors contributes, in part, to SCLC sensitivity to transcriptional inhibitors and that THZ1 represents a prototype drug for tailored SCLC therapy.

Lung squamous cell carcinoma (SCC) is a deadly disease for which current treatments are inadequate. We demonstrate that biallelic inactivation of Lkb1 and Pten in the mouse lung leads to SCC that recapitulates the histology, gene expression, and microenvironment found in human disease. Lkb1;Pten null (LP) tumors expressed the squamous markers KRT5, p63 and SOX2, and transcriptionally resembled the basal subtype of human SCC. In contrast to mouse adenocarcinomas, the LP tumors contained immune populations enriched for tumor-associated neutrophils. SCA1+NGFR+ fractions were enriched for tumor-propagating cells (TPCs) that could serially transplant the disease in orthotopic assays. TPCs in the LP model and NGFR+ cells in human SCCs highly expressed Pd-ligand-1 (PD-L1), suggesting a mechanism of immune escape for TPCs.