Abstract Primary tissue organoids and cell spheroids recapitulate tissue physiology with remarkable fidelity. We investigated how engagement with a three dimensional laminin-rich extracellular matrix supports the polarized, stress resilient spheroid phenotype of mammary epithelial cells. Cells within a three dimensional laminin-rich extracellular matrix decreased and redistributed the actin crosslinker filamin to reduce their cortical actin tension. Cells with low cortical actin tension had increased plasma membrane protrusions that promoted negative plasma membrane curvature and fostered protein associations with the plasma membrane, consistent with efficient protein secretion. By contrast, cells engaging a laminin-rich extracellular matrix in two dimensions had high filamin-dependent cortical actin tension, exhibited compromised endoplasmic reticulum function including increased expression of PKR-like Endoplasmic Reticulum Kinase signaling effectors, and had compromised protein secretion. Cells with low filamin-mediated cortical actin tension and reduced endoplasmic reticulum stress response signaling secreted, and assembled, a polarized endogenous basement membrane and survived better, and their spheroids were more resistant to exogenous stress. The findings implicate filamin-dependent cortical actin tension in endoplasmic reticulum function and highlight a role for mechanics in organoid homeostasis.

Abstract Targeted protein degradation is an emerging strategy for the elimination of classically undruggable proteins. Here, to expand the landscape of substrates that can be selectively degraded, we designed degraders which are dependent on both peptide sequence and glycosylation status of the target protein. We applied this approach to mucins, O-glycosylated proteins that drive cancer progression through biophysical and immunological mechanisms. Engineering of a bacterial mucin-selective protease yielded a variant for fusion to a cancer antigen-binding nanobody. The resulting conjugate selectively degraded mucins on cancer cells, promoted cell death in culture models of mucin-driven growth and survival, and reduced tumor growth in murine models of breast cancer progression. This work establishes a blueprint for the development of biologics which degrade specific glycoforms of cell surface proteins.

Abstract All multicellular systems produce and dynamically regulate extracellular matrices (ECM) that play important roles in both biochemical and mechanical signaling. Though the spatial arrangement of these extracellular assemblies is critical to their biological functions, visualization of ECM structure is challenging, in part because the biomolecules that compose the ECM are difficult to fluorescently label individually and collectively. Here, we present a cell-impermeable small molecule fluorophore, termed Rhobo6, that turns on and red shifts upon reversible binding to glycans. Given that most ECM components are densely glycosylated, the dye enables wash-free visualization of ECM, in systems ranging from in vitro substrates to in vivo mouse mammary tumors. Relative to existing techniques, Rhobo6 provides a broad substrate profile, superior tissue penetration, nonperturbative labeling, and negligible photobleaching. This work establishes a straightforward method for imaging the distribution of ECM in live tissues and organisms, lowering barriers for investigation of extracellular biology.

ABSTRACT Tissue stem-progenitor cell frequency has been implicated in tumor risk and progression. Tissue-specific factors linking stem-progenitor cell frequency to cancer risk and progression remain ill defined. Using a genetically engineered mouse model that promotes integrin mechanosignaling with syngeneic manipulations, spheroid models, and patient-derived xenografts we determined that a stiff extracellular matrix and high integrin mechanosignaling increase stem-progenitor cell frequency to enhance breast tumor risk and progression. Studies revealed that high integrin-mechanosignaling expands breast epithelial stem-progenitor cell number by potentiating progesterone receptor-dependent RANK signaling. Consistently, we observed that the stiff breast tissue from women with high mammographic density, who exhibit an increased lifetime risk for breast cancer, also have elevated RANK signaling and a high frequency of stem-progenitor epithelial cells. The findings link tissue fibrosis and integrin mechanosignaling to stem-progenitor cell frequency and causally implicate hormone signaling in this phenotype. Accordingly, inhibiting RANK signaling could temper the tumor promoting impact of fibrosis on breast cancer and reduce the elevated breast cancer risk exhibited by women with high mammographic density. Summary Elevated mechano-signaling and matrix stiffness promote progesterone and RANK mediated expansion of mammary progenitors and breast cancer risk and progression.