Exome sequencing is used to investigate the role of mutations and copy number aberrations in metastatic castration-resistant prostate cancer, revealing recurrent mutations in multiple chromatin/histone modifying genes, as well as genes involved in androgen signalling. Great strides have been made in the treatment of localized prostate cancer, but the metastatic disease and its progression to castration-resistant prostate cancer (CRPC) are commonly lethal. This study uses whole-exome sequencing of 132 samples comprising tumour and matched germ line from 50 patients with heavily treated CRPC, and 11 untreated high-grade localized prostate cancers. Although the overall mutation rate is low, the authors find recurrent mutations in multiple chromatin/histone-modifying genes, as well as in the gene encoding the androgen receptor. They identify a diverse series of potentially driving mutations and copy-number alterations in both known and novel genes and pathways, including FOXA1. Characterization of the prostate cancer transcriptome and genome has identified chromosomal rearrangements and copy number gains and losses, including ETS gene family fusions, PTEN loss and androgen receptor (AR) amplification, which drive prostate cancer development and progression to lethal, metastatic castration-resistant prostate cancer (CRPC)1. However, less is known about the role of mutations2,3,4. Here we sequenced the exomes of 50 lethal, heavily pre-treated metastatic CRPCs obtained at rapid autopsy (including three different foci from the same patient) and 11 treatment-naive, high-grade localized prostate cancers. We identified low overall mutation rates even in heavily treated CRPCs (2.00 per megabase) and confirmed the monoclonal origin of lethal CRPC. Integrating exome copy number analysis identified disruptions of CHD1 that define a subtype of ETS gene family fusion-negative prostate cancer. Similarly, we demonstrate that ETS2, which is deleted in approximately one-third of CRPCs (commonly through TMPRSS2:ERG fusions), is also deregulated through mutation. Furthermore, we identified recurrent mutations in multiple chromatin- and histone-modifying genes, including MLL2 (mutated in 8.6% of prostate cancers), and demonstrate interaction of the MLL complex with the AR, which is required for AR-mediated signalling. We also identified novel recurrent mutations in the AR collaborating factor FOXA1, which is mutated in 5 of 147 (3.4%) prostate cancers (both untreated localized prostate cancer and CRPC), and showed that mutated FOXA1 represses androgen signalling and increases tumour growth. Proteins that physically interact with the AR, such as the ERG gene fusion product, FOXA1, MLL2, UTX (also known as KDM6A) and ASXL1 were found to be mutated in CRPC. In summary, we describe the mutational landscape of a heavily treated metastatic cancer, identify novel mechanisms of AR signalling deregulated in prostate cancer, and prioritize candidates for future study.

Tumor-suppressor Pdcd4 inhibits transformation and invasion and is downregulated in cancers. So far, it has not been studied as to whether miRNAs, suppressing target expression by binding to the 3′-UTR, regulate Pdcd4 or invasion. The present study was conducted to investigate the regulation of Pdcd4, and invasion/intra-vasation, by miRNAs. A bioinformatics search revealed a conserved target-site for miR-21 within the Pdcd4-3′-UTR at 228–249 nt. In 10 colorectal cell lines, an inverse correlation of miR-21 and Pdcd4-protein was observed. Transfection of Colo206f-cells with miR-21 significantly suppressed a luciferase-reporter containing the Pdcd4-3′-UTR, whereas transfection of RKO with anti-miR-21 increased activity of this construct. This was abolished when a construct mutated at the miR-21/nt228–249 target site was used instead. Anti-miR-21-transfected RKO cells showed an increase of Pdcd4-protein and reduced invasion. Moreover, these cells showed reduced intra-vasation and lung metastasis in a chicken–embryo–metastasis assay. In contrast, overexpression of miR-21 in Colo206f significantly reduced Pdcd4-protein amounts and increased invasion, while Pdcd4-mRNA was unaltered. Resected normal/tumor tissues of 22 colorectal cancer patients demonstrated an inverse correlation between miR-21 and Pdcd4-protein. This is the first study to show that Pdcd4 is negatively regulated by miR-21. Furthermore, it is the first report to demonstrate that miR-21 induces invasion/intravasation/metastasis.

Noncoding RNAs (ncRNAs) are emerging as key molecules in human cancer, with the potential to serve as novel markers of disease and to reveal uncharacterized aspects of tumor biology. Here we discover 121 unannotated prostate cancer-associated ncRNA transcripts (PCATs) by ab initio assembly of high-throughput sequencing of polyA(+) RNA (RNA-Seq) from a cohort of 102 prostate tissues and cells lines. We characterized one ncRNA, PCAT-1, as a prostate-specific regulator of cell proliferation and show that it is a target of the Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2). We further found that patterns of PCAT-1 and PRC2 expression stratified patient tissues into molecular subtypes distinguished by expression signatures of PCAT-1-repressed target genes. Taken together, our findings suggest that PCAT-1 is a transcriptional repressor implicated in a subset of prostate cancer patients. These findings establish the utility of RNA-Seq to identify disease-associated ncRNAs that may improve the stratification of cancer subtypes.

Small-molecule compounds that target the BET domain in proteins such as BRD4 have recently been identified as potential anticancer agents; here, the efficacy of the BRD4-targeting compound JQ1 is demonstrated in castration-resistant prostate cancer driven by deregulated androgen receptor action. Small-molecule compounds that target the BET domain chromatin factors such as BRD4 have recently come to the fore as potential anticancer agents in several cancer types. Arul Chinnaiyan and colleagues now demonstrate efficacy of the BRD4-targeting compound JQ1 in castration-resistant prostate cancer driven by deregulated androgen receptor action. They see inhibition of tumour xenograft growth in vivo in a mouse model through a mechanism that appears to endow JQ1 with greater potency than classical androgen receptor antagonists. Castration can control some prostate cancers by reducing levels of male sex hormone levels but tumours can become resistant. The prognosis for castration-resistant prostate cancers is generally poor. This work identifies the targeting of co-activators or mediators of androgen receptor transcriptional signalling as a possible alternative therapeutic strategy. Men who develop metastatic castration-resistant prostate cancer (CRPC) invariably succumb to the disease. Progression to CRPC after androgen ablation therapy is predominantly driven by deregulated androgen receptor (AR) signalling1,2,3. Despite the success of recently approved therapies targeting AR signalling, such as abiraterone4,5,6 and second-generation anti-androgens including MDV3100 (also known as enzalutamide)7,8, durable responses are limited, presumably owing to acquired resistance. Recently, JQ1 and I-BET762 two selective small-molecule inhibitors that target the amino-terminal bromodomains of BRD4, have been shown to exhibit anti-proliferative effects in a range of malignancies9,10,11,12. Here we show that AR-signalling-competent human CRPC cell lines are preferentially sensitive to bromodomain and extraterminal (BET) inhibition. BRD4 physically interacts with the N-terminal domain of AR and can be disrupted by JQ1 (refs 11, 13). Like the direct AR antagonist MDV3100, JQ1 disrupted AR recruitment to target gene loci. By contrast with MDV3100, JQ1 functions downstream of AR, and more potently abrogated BRD4 localization to AR target loci and AR-mediated gene transcription, including induction of the TMPRSS2-ERG gene fusion and its oncogenic activity. In vivo, BET bromodomain inhibition was more efficacious than direct AR antagonism in CRPC xenograft mouse models. Taken together, these studies provide a novel epigenetic approach for the concerted blockade of oncogenic drivers in advanced prostate cancer.

Arul Chinnaiyan and colleagues report that the long noncoding RNA SChLAP1 is overexpressed in a subset of prostate cancers and predicts poor outcome. Mechanistically, they show that SChLAP1 promotes invasiveness and metastasis and antagonizes the functions of the SWI/SNF chromatin-remodeling complex. Prostate cancers remain indolent in the majority of individuals but behave aggressively in a minority1,2. The molecular basis for this clinical heterogeneity remains incompletely understood3,4,5. Here we characterize a long noncoding RNA termed SChLAP1 (second chromosome locus associated with prostate-1; also called LINC00913) that is overexpressed in a subset of prostate cancers. SChLAP1 levels independently predict poor outcomes, including metastasis and prostate cancer–specific mortality. In vitro and in vivo gain-of-function and loss-of-function experiments indicate that SChLAP1 is critical for cancer cell invasiveness and metastasis. Mechanistically, SChLAP1 antagonizes the genome-wide localization and regulatory functions of the SWI/SNF chromatin-modifying complex. These results suggest that SChLAP1 contributes to the development of lethal cancer at least in part by antagonizing the tumor-suppressive functions of the SWI/SNF complex.

Importance

 Cancer is caused by a diverse array of somatic and germline genomic aberrations. Advances in genomic sequencing technologies have improved the ability to detect these molecular aberrations with greater sensitivity. However, integrating them into clinical management in an individualized manner has proven challenging. 

Objective

 To evaluate the use of integrative clinical sequencing and genetic counseling in the assessment and treatment of children and young adults with cancer. 

Design, Setting, and Participants

 Single-site, observational, consecutive case series (May 2012-October 2014) involving 102 children and young adults (mean age, 10.6 years; median age, 11.5 years, range, 0-22 years) with relapsed, refractory, or rare cancer. 

Exposures

 Participants underwent integrative clinical exome (tumor and germline DNA) and transcriptome (tumor RNA) sequencing and genetic counseling. Results were discussed by a precision medicine tumor board, which made recommendations to families and their physicians. 

Main Outcomes and Measures

 Proportion of patients with potentially actionable findings, results of clinical actions based on integrative clinical sequencing, and estimated proportion of patients or their families at risk of future cancer. 

Results

 Of the 104 screened patients, 102 enrolled with 91 (89%) having adequate tumor tissue to complete sequencing. Only the 91 patients were included in all calculations, including 28 (31%) with hematological malignancies and 63 (69%) with solid tumors. Forty-two patients (46%) had actionable findings that changed their cancer management: 15 of 28 (54%) with hematological malignancies and 27 of 63 (43%) with solid tumors. Individualized actions were taken in 23 of the 91 (25%) based on actionable integrative clinical sequencing findings, including change in treatment for 14 patients (15%) and genetic counseling for future risk for 9 patients (10%). Nine of 91 (10%) of the personalized clinical interventions resulted in ongoing partial clinical remission of 8 to 16 months or helped sustain complete clinical remission of 6 to 21 months. All 9 patients and families with actionable incidental genetic findings agreed to genetic counseling and screening. 

Conclusions and Relevance

 In this single-center case series involving young patients with relapsed or refractory cancer, incorporation of integrative clinical sequencing data into clinical management was feasible, revealed potentially actionable findings in 46% of patients, and was associated with change in treatment and family genetic counseling for a small proportion of patients. The lack of a control group limited assessing whether better clinical outcomes resulted from this approach than outcomes that would have occurred with standard care.

Summary The DNA dependent pattern recognition receptor, cGAS mediates communication between genotoxic stress and the immune system. Mitotic chromosome missegregation is an established stimulator of cGAS activity, however, it is unclear if progression through mitosis is required for cancer cell intrinsic activation of immune mediated anti-tumor responses. Moreover, it is unknown if disruption of cell cycle checkpoints can restore responses in cancer cells that are recalcitrant to DNA damage induced inflammation. Here we demonstrate that prolonged cell cycle arrest at the G2-mitosis boundary from either CDK1 inhibition or excessive DNA damage prevents inflammatory stimulated gene expression and immune mediated destruction of distal tumors. Remarkably, DNA damage induced inflammatory signaling is restored in a cGAS-and RIG-I-dependent manner upon concomitant disruption of p53 and the G2 checkpoint. These findings link aberrant cell progression and p53 loss to an expanded spectrum of damage associated molecular pattern recognition and have implications for the design of rational approaches to augment antitumor immune responses.

Summary Epidemiological data showing increased severity and mortality of COVID-19 in men suggests a potential role for androgen in SARS-CoV-2 infection. Here, we present evidence for the transcriptional regulation of SARS-CoV-2 host cell receptor ACE2 and TMPRSS2 by androgen in mouse and human cells. Additionally, we demonstrate the endogenous interaction between TMPRSS2 and ACE2 in human cells and validate ACE2 as a TMPRSS2 substrate. Further, Camostat – a TMPRSS2 inhibitor, blocked the cleavage of pseudotype SARS-CoV-2 surface Spike without disrupting TMPRSS2-ACE2 interaction. Thus providing evidence for the first time a direct role of TMPRSS2 in priming the SARS-CoV-2 Spike, required for viral fusion to the host cell. Importantly, androgen-deprivation, anti-androgens, or Camostat attenuated the SARS-CoV-2 S-mediated cellular entry. Together, our data provide a strong rationale for clinical evaluations of TMPRSS2 inhibitors, androgen-deprivation therapy/androgen receptor antagonists alone or in combination with antiviral drugs as early as clinically possible to prevent COVID-19 progression.

Abstract The androgen receptor (AR) is a ligand-responsive transcription factor that binds at enhancers to drive terminal differentiation of the prostatic luminal epithelia. By contrast, in tumors originating from these cells, AR chromatin occupancy is extensively reprogrammed to drive hyper-proliferative, metastatic, or therapy-resistant phenotypes, the molecular mechanisms of which remain poorly understood. Here, we show that the tumor-specific enhancer circuitry of AR is critically reliant on the activity of Nuclear Receptor Binding SET Domain Protein 2 (NSD2), a histone 3 lysine 36 di-methyltransferase. NSD2 expression is abnormally gained in prostate cancer cells and its functional inhibition impairs AR trans-activation potential through partial off-loading from over 40,000 genomic sites, which is greater than 65% of the AR tumor cistrome. The NSD2-dependent AR sites distinctly harbor a chimeric AR-half motif juxtaposed to a FOXA1 element. Similar chimeric motifs of AR are absent at the NSD2-independent AR enhancers and instead contain the canonical palindromic motifs. Meta-analyses of AR cistromes from patient tumors uncovered chimeric AR motifs to exclusively participate in tumor-specific enhancer circuitries, with a minimal role in the physiological activity of AR. Accordingly, NSD2 inactivation attenuated hallmark cancer phenotypes that were fully reinstated upon exogenous NSD2 re-expression. Inactivation of NSD2 also engendered increased dependency on its paralog NSD1, which independently maintained AR and MYC hyper-transcriptional programs in cancer cells. Concordantly, a dual NSD1/2 PROTAC degrader, called LLC0150, was preferentially cytotoxic in AR-dependent prostate cancer as well as NSD2-altered hematologic malignancies. Altogether, we identify NSD2 as a novel subunit of the AR neo -enhanceosome that wires prostate cancer gene expression programs, positioning NSD1/2 as viable paralog co-targets in advanced prostate cancer.

Abstract Background Epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) enhances motility, stemness and chemoresistance of carcinomas and is an important determinant of metastasis. Little is known about how various pathways coordinate to elicit EMT’s different functional aspects. Even lesser has been studied in this context in non-small cell lung cancer (NSCLC), where EMT is a key event during early tumorigenesis. Thymidylate synthase (TS), a proliferation enzyme, has been previously correlated with EMT transcription factor ZEB1 in NSCLC and is associated with resistance against anti-folate chemotherapy. In this study we establish a functional correlation between TS, EMT, chemotherapy and metastasis and identify a network that might propel the TS mediated EMT phenotype. Methods Published datasets were analysed to evaluate significance of TS in NSCLC fitness and prognosis. mCherry based promoter reporter assay was used to sort Calu-1 and A549 NSCLC cells in TS HIGH and TS LOW . Metastatic potential of TS knock-down was assayed in syngeneic C57BL/6 mice. Results Low TS levels were prognostic and predicted chemotherapy response. NSCLC cell lines with higher TS promoter activity were more mesenchymal-like. RNA-seq from these cells, and shRNA mediated TS knocked down cells, identified EMT as one of the most differentially regulated pathways. EMT transcription factors HOXC6 and HMGA2 were identified as upstream regulator of TS whereas, AXL, SPARC and FOSL1 were identified as downstream effectors. TS knock-down reduced the metastatic colonisation in vivo . Conclusion These results establish the role of TS as a theranostic NSCLC marker integrating survival, chemo-resistance and EMT, and identifies a regulatory network that could be exploited to target EMT-driven NSCLC.