In a mouse model of ErbB-driven mammary tumours, Tan et al. find a role for RANKL (receptor activator of nuclear factor-κB ligand) in the formation of lung metastases. RANKL is produced by regulatory T cells infiltrating the primary tumours, and acts through its receptor RANK, which is expressed on the cancer cells. Targeting RANKL may therefore prove useful in reducing breast cancer metastases. In a mouse model of Erbb2-driven mammary tumours, this study finds a role for RANKL in the formation of lung metastases. RANKL is produced by regulatory T cells infiltrating the primary tumours and acts via its receptor RANK expressed on the cancer cells. Targeting RANKL may therefore prove useful in reducing breast cancer metastases. Inflammatory mechanisms influence tumorigenesis and metastatic progression even in cancers whose aetiology does not involve pre-existing inflammation or infection, such as breast and prostate cancers1. For instance, prostate cancer metastasis is associated with the infiltration of lymphocytes into advanced tumours and the upregulation of two tumour-necrosis-factor family members: receptor activator of nuclear factor-κB (RANK) ligand (RANKL) and lymphotoxin2. But the source of RANKL and its role in metastasis have not been established. RANKL and its receptor RANK control the proliferation of mammary lobuloalveolar cells during pregnancy3 through inhibitor of nuclear factor-κB (IκB) kinase-α (IKK-α)4, a protein kinase that is needed for the self-renewal of mammary cancer progenitors5 and for prostate cancer metastasis2. We therefore examined whether RANKL, RANK and IKK-α are also involved in mammary/breast cancer metastasis. Indeed, RANK signalling in mammary carcinoma cells that overexpress the proto-oncogene Erbb2 (also known as Neu)6, which is frequently amplified in metastatic human breast cancers7,8, was important for pulmonary metastasis. Metastatic spread of Erbb2-transformed carcinoma cells also required CD4+CD25+ T cells, whose major pro-metastatic function was RANKL production. Most RANKL-producing T cells expressed forkhead box P3 (FOXP3), a transcription factor produced by regulatory T cells, and were located next to smooth muscle actin (SMA)+ stromal cells in mouse and human breast cancers. The dependence of pulmonary metastasis on T cells was replaceable by exogenous RANKL, which also stimulated pulmonary metastasis of RANK+ human breast cancer cells. These results are consistent with the adverse impact of tumour-infiltrating CD4+ or FOXP3+ T cells on human breast cancer prognosis9,10 and suggest that the targeting of RANKL–RANK can be used in conjunction with the therapeutic elimination of primary breast tumours to prevent recurrent metastatic disease.

Metastasis, the cardinal feature of malignant tumors, is an important clinical variable in patient prognosis. To understand the basis for metastasis, we systematically selected for highly invasive cells from breast cancer cell lines, MCF7 and MDA-MB-453, with moderate to low invasive ability using Boyden chamber invasion assay. The four-cycle selected invasive lines, named MCF7-I4 and MDA-MB-453-I4, respectively, displayed epithelial-mesenchymal transition (EMT) and dramatically enhanced invasive ability. EMT changes were corroborated with decreased level of E-cadherin and increased vimentin, fibronectin, and beta(1) integrin. Twist, a basic helix-loop-helix transcription factor, and AKT2, a known proto-oncogene, were found to be elevated in the invasive cells compared with the parental. Ectopic expression and knockdown of Twist by short interference RNA resulted in significant increase and reduction, respectively, of AKT2 protein and mRNA expression. Twist bound to E-box elements on AKT2 promoter and enhanced its transcriptional activity. Moreover, silencing AKT2 decreased Twist-promoted migration, invasion, and paclitaxel resistance. Reintroducing AKT2 largely rescued the phenotype resulted from knockdown of Twist in I4 cells, suggesting that AKT2 is a downstream target and functional mediator of Twist. Finally, we observed a 68.8% correlation of elevated Twist and AKT2 expression in late-stage breast cancers as oppose to 13% in early-stage breast cancers. Our study identifies Twist as a positive transcriptional regulator of AKT2 expression, and Twist-AKT2 signaling is involved in promoting invasive ability and survival of breast cancer cells.

B-cell lymphoma extra large (BCL-XL) is a well-validated cancer target. However, the on-target and dose-limiting thrombocytopenia limits the use of BCL-XL inhibitors, such as ABT263, as safe and effective anticancer agents. To reduce the toxicity of ABT263, we converted it into DT2216, a BCL-XL proteolysis-targeting chimera (PROTAC), that targets BCL-XL to the Von Hippel-Lindau (VHL) E3 ligase for degradation. We found that DT2216 was more potent against various BCL-XL-dependent leukemia and cancer cells but considerably less toxic to platelets than ABT263 in vitro because VHL is poorly expressed in platelets. In vivo, DT2216 effectively inhibits the growth of several xenograft tumors as a single agent or in combination with other chemotherapeutic agents, without causing appreciable thrombocytopenia. These findings demonstrate the potential to use PROTAC technology to reduce on-target drug toxicities and rescue the therapeutic potential of previously undruggable targets. Furthermore, DT2216 may be developed as a safe first-in-class anticancer agent targeting BCL-XL.

TLR4 signals via MyD88 and TRIF to activate proinflammatory cytokine and type I interferon responses. Karin and colleagues show that different ubiquitination of TRAF3 via K48 or K63 dictates the ensuing immune response. Balanced production of type I interferons and proinflammatory cytokines after engagement of Toll-like receptors (TLRs), which signal through adaptors containing a Toll–interleukin 1 receptor (TIR) domain, such as MyD88 and TRIF, has been proposed to control the pathogenesis of autoimmune disease and tumor responses to inflammation. Here we show that TRAF3, a ubiquitin ligase that interacts with both MyD88 and TRIF, regulated the production of interferon and proinflammatory cytokines in different ways. Degradative ubiquitination of TRAF3 during MyD88-dependent TLR signaling was essential for the activation of mitogen-activated protein kinases (MAPKs) and production of inflammatory cytokines. In contrast, TRIF-dependent signaling triggered noncanonical TRAF3 self-ubiquitination that activated the interferon response. Inhibition of degradative ubiquitination of TRAF3 prevented the expression of all proinflammatory cytokines without affecting the interferon response.

The histone H3K27 demethylase KDM6A is a tumor suppressor in multiple cancers, including multiple myeloma (MM). We created isogenic MM cells disrupted for KDM6A and tagged the endogenous protein to facilitate genome wide studies. KDM6A binds genes associated with immune recognition and cytokine signaling. Most importantly, KDM6A binds and activates NLRC5 and CIITA encoding regulators of Major Histocompatibility Complex (MHC) genes. Patient data indicate that NLRC5 and CIITA, are downregulated in MM with low KDM6A expression. Chromatin analysis shows that KDM6A binds poised and active enhancers and KDM6A loss led to decreased H3K27ac at enhancers, increased H3K27me3 levels in body of genes bound by KDM6A and decreased gene expression. Reestablishing histone acetylation with an HDAC3 inhibitor leads to upregulation of MHC expression, offering a strategy to restore immunogenicity of KDM6A deficient tumors. Loss of Kdm6a in murine RAS-transformed fibroblasts led to increased growth in vivo associated with decreased T cell infiltration.

Renal cell carcinoma (RCC), the most common form of kidney cancer, is a heterogeneous disease with clear cell RCC (ccRCC) being the most prevalent and aggressive subtype. While most ccRCC tumors have elevated expression of angiopoietin-like 4 (ANGPTL4), in our study we identified a significant subset of patients whose cancers show no increase in ANGPTL4 expression. These patients have a worse prognosis compared to the patients with high expression of ANGPTL4. These ANGPTL4-low cancers are characterized by the increased frequency of wild-type Von Hippel-Lindau (wt VHL), a gene that is commonly mutated in ccRCC, and an enrichment for genes associated with lipid metabolism. Using RCC tumor models with wild type VHL, we demonstrate that ANGPTL4 behaves as a tumor suppressor. The loss of ANGPTL4 in ccRCC cell lines results in increased tumor growth and colony formation in a lysosomal acid lipase (LAL)-dependent manner, a phenotype rescued by the expression of N-terminus ANGPTL4. At the mechanistic level, the loss of ANGPTL4 increases lysosomal acid lipase activity in ccRCC cells. This data suggests that ANGPTL4 enacts its tumor-suppressive effects in ccRCC by regulating LAL activity. Importantly, the identified patient cohort with low ANGPTL4 expression may exhibit increased reliance on lipid metabolism, which can be a point of target for future therapy.

Spatial transcriptomics (ST) technologies have advanced to enable transcriptome-wide gene expression analysis at submicrometer resolution over large areas. Analysis of high-resolution ST data relies heavily on image-based cell segmentation or gridding, which often fails in complex tissues due to diversity and irregularity of cell size and shape. Existing segmentation-free analysis methods scale only to small regions and a small number of genes, limiting their utility in high-throughput studies. Here we present FICTURE, a segmentation-free spatial factorization method that can handle transcriptome-wide data labeled with billions of submicron resolution spatial coordinates. FICTURE is orders of magnitude more efficient than existing methods and it is compatible with both sequencing- and imaging-based ST data. FICTURE reveals the microscopic ST architecture for challenging tissues, such as vascular, fibrotic, muscular, and lipid-laden areas in real data where previous methods failed. FICTURE9s cross-platform generality, scalability, and precision make it a powerful tool for exploring high-resolution ST.

Proteolysis targeting chimeras (PROTACs) are an emerging targeted cancer therapy approach, but wide-spread clinical use of PROTAC is limited due to poor cell targeting and penetration, and instability in vivo. To overcome such issues and enhance the in vivo efficacy of PROTAC drugs, microfluidic droplet-based electroporation (µDES) was developed as a novel extracellular vesicle (EVs) transfection system, which enables the high-efficient PROTAC loading and effective delivery in vivo. Our previously developed YX968 PROTAC drug had shown the selectively degradation of HDAC3 and 8, which effectively suppresses the growth of breast tumor cell lines, including MDA-MB-231 triple negative breast cancer (TNBC) line, via dual degradation without provoking a global histone hyperacetylation. In this study, we demonstrated that µDES-based PROTAC loading in EVs significantly enhanced therapeutic function of PROTAC drug in vivo in the TNBC breast tumor mouse model. NSG mice with pre-established MDA-MB-231 tumors and treated with intraperitoneal injection of EVs for tumor inhibition study, which showed significantly higher HDAC 3 and 8 degradation efficiency and tumor inhibition than PROTAC only group. The liver, spleen, kidney, lung, heart, and brain were collected for safety testing, which exhibited improved toxicity. The EV delivery of PROTAC drug enhances drug stability and bioavailability in vivo, transportability, and drug targeting ability, which fills an important gap in current development of PROTAC therapeutic functionality in vivo and clinical translation. This novel EV-based drug transfection and delivery strategy could be applicable to various therapeutics for enhancing in vivo delivery, efficacy, and safety.

ABSTRACT Small-cell lung cancer (SCLC) is an aggressive malignancy with limited therapeutic options. The dismal prognosis in SCLC is in part associated with an upregulation of BCL-2 family anti-apoptotic proteins, including BCL-X L and MCL-1. Unfortunately, the currently available inhibitors of BCL-2 family anti-apoptotic proteins, except BCL-2 inhibitors, are not clinically relevant because of various on-target toxicities. We, therefore, aimed to develop an effective and safe strategy targeting these anti-apoptotic proteins with DT2216 (our platelet-sparing BCL-X L degrader) and AZD8055 (an mTOR inhibitor) to avoid associated on-target toxicities while synergistically optimizing tumor response. Through BH3 mimetic screening, we identified a subset of SCLC cell lines that is co-dependent on BCL-X L and MCL-1. After screening inhibitors of selected tumorigenic pathways, we found that AZD8055 selectively downregulates MCL-1 in SCLC cells and its combination with DT2216 synergistically killed BCL-X L /MCL-1 co-dependent SCLC cells, but not normal cells. Mechanistically, the combination caused BCL-X L degradation and suppression of MCL1 expression, and thus disrupted MCL-1 interaction with BIM leading to an enhanced apoptotic induction. In vivo , DT2216+AZD8055 combination significantly inhibited the growth of cell line-derived and patient-derived xenografts and reduced tumor burden accompanied with extended survival in a genetically-engineered mouse (GEM) model of SCLC without causing significant thrombocytopenia or other normal tissue injury. Thus, these preclinical findings lay a strong foundation for future clinical studies to test DT2216+mTOR inhibitor combination in a subset of SCLC patients whose tumors are co-driven by BCL-X L and MCL-1.

SUMMARY Mammary gland ductal morphogenesis depends on the differentiation of mammary stem cells (MaSCs) into basal and luminal lineages. The AP-2γ transcription factor, encoded by Tfap2c , has a central role in mammary gland development but its effect in mammary lineages and specifically MaSCs is largely unknown. Herein, we utilized an inducible, conditional knockout of Tfap2c to elucidate the role of AP-2γ in maintenance and differentiation of MaSCs. Loss of AP-2γ in the basal epithelium profoundly altered the transcriptomes and decreased the number of cells within several clusters of mammary epithelial cells, including adult MaSCs and luminal progenitors. AP-2γ regulated the expression of genes known to be required for mammary development including C/EBPβ, IκBα , and Rspo1 . As a result, AP-2γ-deficient mice exhibited repressed mammary gland ductal outgrowth and inhibition of regenerative capacity. The findings demonstrate that AP-2γ is required for maintenance of pluripotent MaSCs and their ability to develop mammary gland structures. Highlights AP-2γ-deficient mice exhibited repressed ductal outgrowth and regenerative capacity Loss of AP-2γ reduced the number of mammary stem and luminal progenitor cells AP-2γ target genes, including C/EBPβ, IκBα , and Rspo1 , regulate mammary development AP-2γ is required for maintenance of pluripotent mammary stem cells eTOC blurb Gu, Cho and colleagues utilized a conditional knockout of Tfap2c to examine transcriptional effects of AP-2γ on mammary stem cells. Single cell analysis demonstrated that AP-2γ-deficient mice have decreased numbers of mammary stem cells and alteration of genes required for mammary development including C/EBPβ, IκBα , and Rspo1 . They demonstrate that AP-2γ is necessary for maintenance of pluripotent mammary stem cells.