Breast adipose tissue is an important contributor to the obesity-breast cancer link. Dysregulated cell metabolism is now an accepted hallmark of cancer. Extracellular vesicles (EVs) are nanosized particles containing selective cargo, such as miRNAs, that act locally or circulate to distant sites to modulate target cell functions. Here, we found that long-term education of breast cancer cells (MCF7, T47D) with EVs from breast adipose tissue of women who are overweight or obese (O-EVs) leads to sustained increased proliferative potential. RNA-Seq of O-EV-educated cells demonstrates increased expression of genes, such as ATP synthase and NADH: ubiquinone oxidoreductase, involved in oxidative phosphorylation. O-EVs increase respiratory complex protein expression, mitochondrial density, and mitochondrial respiration in tumor cells. Mitochondrial complex I inhibitor, metformin, reverses O-EV-induced cell proliferation. Several miRNAs, miR-155-5p, miR-10a-3p, and miR-30a-3p, which promote mitochondrial respiration and proliferation, are enriched in O-EVs relative to EVs from lean women. O-EV-induced proliferation and mitochondrial activity are associated with stimulation of the Akt/mTOR/P70S6K pathway, and are reversed upon silencing of P70S6K. This study reveals a new facet of the obesity-breast cancer link with human breast adipose tissue-derived EVs causing the metabolic reprogramming of ER+ breast cancer cells.

Abstract Obesity is an established risk factor for breast cancer among women in the general population after menopause. Whether elevated bodyweight is a risk factor for women with a germline mutation in BRCA1 or BRCA2 is less clear due to inconsistent findings from epidemiological studies and lack of mechanistic studies in this population. Here, we show that DNA damage in normal breast epithelium of BRCA mutation carriers is positively correlated with body mass index and with biomarkers of metabolic dysfunction. Additionally, RNA-sequencing reveals significant obesity-associated alterations to the breast adipose microenvironment of BRCA mutation carriers, including activation of estrogen biosynthesis, which impacts neighboring breast epithelial cells. We found that blockade of estrogen biosynthesis or estrogen receptor activity decreases DNA damage, whereas treatment with leptin or insulin increases DNA damage in BRCA heterozygous epithelial cells. Furthermore, we show that increased adiposity is associated with mammary gland DNA damage and increased penetrance of mammary tumors in Brca1 +/- mice. Overall, our results provide mechanistic evidence in support of a link between bodyweight and breast cancer development in BRCA mutation carriers and suggests that maintaining a healthy bodyweight or pharmacologically targeting estrogen or metabolic dysfunction may reduce the risk of breast cancer in this population. One Sentence Summary Elevated bodyweight is positively associated with DNA damage in breast epithelium of BRCA mutation carriers