There is an unmet clinical need for improved tissue and liquid biopsy tools for cancer detection. We investigated the proteomic profile of extracellular vesicles and particles (EVPs) in 426 human samples from tissue explants (TEs), plasma, and other bodily fluids. Among traditional exosome markers, CD9, HSPA8, ALIX, and HSP90AB1 represent pan-EVP markers, while ACTB, MSN, and RAP1B are novel pan-EVP markers. To confirm that EVPs are ideal diagnostic tools, we analyzed proteomes of TE- (n = 151) and plasma-derived (n = 120) EVPs. Comparison of TE EVPs identified proteins (e.g., VCAN, TNC, and THBS2) that distinguish tumors from normal tissues with 90% sensitivity/94% specificity. Machine-learning classification of plasma-derived EVP cargo, including immunoglobulins, revealed 95% sensitivity/90% specificity in detecting cancer. Finally, we defined a panel of tumor-type-specific EVP proteins in TEs and plasma, which can classify tumors of unknown primary origin. Thus, EVP proteins can serve as reliable biomarkers for cancer detection and determining cancer type.

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

The gut-derived hormones ghrelin and unacylated ghrelin have been reported to have effects that are independent of binding to the cognate ghrelin receptor, GHSR1a. Little is known of the mechanism of action of ghrelin and unacylated ghrelin at these yet-to-be-identified alternate ghrelin receptors. The present study aimed to characterize effects of unacylated ghrelin on breast cancer cells and explore the therapeutic potential of unacylated ghrelin or cyclic analog AZP531. We report potent effects of unacylated ghrelin, at picomolar doses, on the growth of breast cancer cells, dependent on 3D culture and activation of Gαi. Suppression of MAPK and Akt signaling by unacylated ghrelin leads to cell cycle arrest and apoptosis, and accounts for resistance of cells carrying BRAF or KRAS mutations, or patient-derived breast cancer cells with activated MAPK signaling. AZP531, in clinical trials for Prader-Willi Syndrome, also suppresses the growth of breast cancer cells in vitro and in vivo.

The estrogen-synthesizing enzyme aromatase is expressed in adipose tissue where it controls the local concentration of estrogen. It has been suggested that the organic solvents ethanol and ethylene glycol can induce estrogen synthesis by inhibiting PPARγ activity. Since elevated estrogen synthesis in adipose tissue is a risk factor for breast cancer development, it is of interest to further characterize the mechanisms regulating aromatase expression. Here, we explored the mechanisms by which ethanol and ethylene glycol modulate aromatase mRNA expression and the ultimate conversion of androgens into estrogens. NMR spectroscopy revealed that ethanol and ethylene glycol influence the active state of PPARγ. An inhibitory effect on PPARγ was confirmed by adipogenesis assays and PPARγ target gene expression analysis in adipocytes. However, only ethanol increased aromatase mRNA in differentiated human adipocytes. In contrast, ethylene glycol downregulated aromatase in a PPARγ-independent manner. An animal study using female Wistar rats was conducted to assess the acute effects of ethanol and ethylene glycol on aromatase expression in adipose tissue within a physiological context. No changes in aromatase or PPARγ target gene (

Abstract G protein-coupled receptors (GPCRs) are the largest class of membrane-bound receptors and transmit critical signals from the extracellular to the intracellular spaces. Transcriptomic data of resected breast tumors shows that low mRNA expression of the orphan GPCR GPR52 correlates with reduced overall survival in breast cancer patients, leading to the hypothesis that loss of GPR52 supports breast cancer progression. CRISPR-Cas9 was used to knockout GPR52 in human triple-negative breast cancer (TNBC) cell lines MDA-MB-468 and MDA-MB-231, and in the non-cancerous breast epithelial cell line, MCF10A. Loss of GPR52 was found to be associated with increased cell-cell interaction in 2D cultures, altered 3D spheroid morphology, and increased propensity to organize and invade collectively in Matrigel. Furthermore, GPR52 loss was associated with features of EMT in MDA-MB-468 cells. To determine the in vivo impact of GPR52 loss, MDA-MB-468 cells were injected into zebrafish and loss of GPR52 was associated with a greater total cancer area compared to control cells. RNA-sequencing and proteomic analyses of GPR52-null breast cancer cells reveal an increased cAMP signaling signature. Consistently, we found that treatment of wild-type (WT) cells with forskolin, which stimulates production of cAMP, induces some phenotypic changes associated with GPR52 loss, and inhibition of cAMP production rescued some of the GPR52 KO phenotypes. Overall, our results reveal GPR52 loss as a potential mechanism by which breast cancer progression may occur and support the investigation of GPR52 agonism as a therapeutic option in breast cancer. Statement of Significance We show that loss of the orphan G protein-coupled receptor GPR52 in human breast cell lines leads to increased cell clustering, hybrid/partial EMT, and increased tumor burden in zebrafish.

Ghrelin is a peptide hormone which, when acylated, regulates appetite, energy balance and a range of other biological processes. Ghrelin predominately circulates in its unacylated form (unacylated ghrelin; UAG). UAG has a number of functions independent of acylated ghrelin, including modulation of metabolic parameters and cancer progression. UAG has also been postulated to antagonise some of the metabolic effects of acyl-ghrelin, including its effects on glucose and insulin regulation. In this study, Rag1-/- mice with high-fat diet-induced obesity and hyperinsulinaemia were subcutaneously implanted with PC3 prostate cancer xenografts to investigate the effect of UAG treatment on metabolic parameters and xenograft growth. Daily intraperitoneal injection of 100 μg/kg UAG had no effect on xenograft tumour growth in mice fed normal rodent chow or 23% high-fat diet. UAG significantly improved glucose tolerance in host Rag1-/- mice on a high-fat diet, but did not significantly improve other metabolic parameters. We hypothesise that UAG is not likely to be an effective treatment for prostate cancer, with or without associated metabolic syndrome.