Improved approaches for the detection of common epithelial malignancies are urgently needed to reduce the worldwide morbidity and mortality caused by cancer. MicroRNAs (miRNAs) are small (≈22 nt) regulatory RNAs that are frequently dysregulated in cancer and have shown promise as tissue-based markers for cancer classification and prognostication. We show here that miRNAs are present in human plasma in a remarkably stable form that is protected from endogenous RNase activity. miRNAs originating from human prostate cancer xenografts enter the circulation, are readily measured in plasma, and can robustly distinguish xenografted mice from controls. This concept extends to cancer in humans, where serum levels of miR-141 (a miRNA expressed in prostate cancer) can distinguish patients with prostate cancer from healthy controls. Our results establish the measurement of tumor-derived miRNAs in serum or plasma as an important approach for the blood-based detection of human cancer.

Cellular senescence suppresses cancer by arresting cell proliferation, essentially permanently, in response to oncogenic stimuli, including genotoxic stress. We modified the use of antibody arrays to provide a quantitative assessment of factors secreted by senescent cells. We show that human cells induced to senesce by genotoxic stress secrete myriad factors associated with inflammation and malignancy. This senescence-associated secretory phenotype (SASP) developed slowly over several days and only after DNA damage of sufficient magnitude to induce senescence. Remarkably similar SASPs developed in normal fibroblasts, normal epithelial cells, and epithelial tumor cells after genotoxic stress in culture, and in epithelial tumor cells in vivo after treatment of prostate cancer patients with DNA-damaging chemotherapy. In cultured premalignant epithelial cells, SASPs induced an epithelial–mesenchyme transition and invasiveness, hallmarks of malignancy, by a paracrine mechanism that depended largely on the SASP factors interleukin (IL)-6 and IL-8. Strikingly, two manipulations markedly amplified, and accelerated development of, the SASPs: oncogenic RAS expression, which causes genotoxic stress and senescence in normal cells, and functional loss of the p53 tumor suppressor protein. Both loss of p53 and gain of oncogenic RAS also exacerbated the promalignant paracrine activities of the SASPs. Our findings define a central feature of genotoxic stress-induced senescence. Moreover, they suggest a cell-nonautonomous mechanism by which p53 can restrain, and oncogenic RAS can promote, the development of age-related cancer by altering the tissue microenvironment.

Toward development of a precision medicine framework for metastatic, castration-resistant prostate cancer (mCRPC), we established a multi-institutional clinical sequencing infrastructure to conduct prospective whole-exome and transcriptome sequencing of bone or soft tissue tumor biopsies from a cohort of 150 mCRPC affected individuals. Aberrations of AR, ETS genes, TP53, and PTEN were frequent (40%–60% of cases), with TP53 and AR alterations enriched in mCRPC compared to primary prostate cancer. We identified new genomic alterations in PIK3CA/B, R-spondin, BRAF/RAF1, APC, β-catenin, and ZBTB16/PLZF. Moreover, aberrations of BRCA2, BRCA1, and ATM were observed at substantially higher frequencies (19.3% overall) compared to those in primary prostate cancers. 89% of affected individuals harbored a clinically actionable aberration, including 62.7% with aberrations in AR, 65% in other cancer-related genes, and 8% with actionable pathogenic germline alterations. This cohort study provides clinically actionable information that could impact treatment decisions for these affected individuals.

Levi Garraway and colleagues report exome sequencing of 112 prostate adenocarcinomas and matched normal tissues. They identify novel recurrent mutations in several genes, including MED12, FOXA1 and SPOP. They find that tumors harboring SPOP mutations lack the TMPRSS2-ERG fusion or other ETS rearrangements, supporting the hypothesis that SPOP mutation is an early driver event in prostate tumorigenesis. Prostate cancer is the second most common cancer in men worldwide and causes over 250,000 deaths each year1. Overtreatment of indolent disease also results in significant morbidity2. Common genetic alterations in prostate cancer include losses of NKX3.1 (8p21)3,4 and PTEN (10q23)5,6, gains of AR (the androgen receptor gene)7,8 and fusion of ETS family transcription factor genes with androgen-responsive promoters9,10,11. Recurrent somatic base-pair substitutions are believed to be less contributory in prostate tumorigenesis12,13 but have not been systematically analyzed in large cohorts. Here, we sequenced the exomes of 112 prostate tumor and normal tissue pairs. New recurrent mutations were identified in multiple genes, including MED12 and FOXA1. SPOP was the most frequently mutated gene, with mutations involving the SPOP substrate-binding cleft in 6–15% of tumors across multiple independent cohorts. Prostate cancers with mutant SPOP lacked ETS family gene rearrangements and showed a distinct pattern of genomic alterations. Thus, SPOP mutations may define a new molecular subtype of prostate cancer.

Purpose Evolving treatments, disease phenotypes, and biology, together with a changing drug development environment, have created the need to revise castration-resistant prostate cancer (CRPC) clinical trial recommendations to succeed those from prior Prostate Cancer Clinical Trials Working Groups. Methods An international expert committee of prostate cancer clinical investigators (the Prostate Cancer Clinical Trials Working Group 3 [PCWG3]) was reconvened and expanded and met in 2012-2015 to formulate updated criteria on the basis of emerging trial data and validation studies of the Prostate Cancer Clinical Trials Working Group 2 recommendations. Results PCWG3 recommends that baseline patient assessment include tumor histology, detailed records of prior systemic treatments and responses, and a detailed reporting of disease subtypes based on an anatomic pattern of metastatic spread. New recommendations for trial outcome measures include the time to event end point of symptomatic skeletal events, as well as time to first metastasis and time to progression for trials in the nonmetastatic CRPC state. PCWG3 introduces the concept of no longer clinically benefiting to underscore the distinction between first evidence of progression and the clinical need to terminate or change treatment, and the importance of documenting progression in existing lesions as distinct from the development of new lesions. Serial biologic profiling using tumor samples from biopsies, blood-based diagnostics, and/or imaging is also recommended to gain insight into mechanisms of resistance and to identify predictive biomarkers of sensitivity for use in prospective trials. Conclusion PCWG3 moves drug development closer to unmet needs in clinical practice by focusing on disease manifestations most likely to affect prognosis adversely for therapeutics tested in both nonmetastatic and metastatic CRPC populations. Consultation with regulatory authorities is recommended if a trial is intended to seek support for drug approval.

The murine Pten prostate cancer model described in this study recapitulates the disease progression seen in humans: initiation of prostate cancer with prostatic intraepithelial neoplasia (PIN), followed by progression to invasive adenocarcinoma, and subsequent metastasis with defined kinetics. Furthermore, while Pten null prostate cancers regress after androgen ablation, they are capable of proliferating in the absence of androgen. Global assessment of molecular changes caused by homozygous Pten deletion identified key genes known to be relevant to human prostate cancer, including those “signature” genes associated with human cancer metastasis. This murine prostate cancer model provides a unique tool for both exploring the molecular mechanism underlying prostate cancer and for development of new targeted therapies.

Heterogeneity in the genomic landscape of metastatic prostate cancer has become apparent through several comprehensive profiling efforts, but little is known about the impact of this heterogeneity on clinical outcome. Here, we report comprehensive genomic and transcriptomic analysis of 429 patients with metastatic castration-resistant prostate cancer (mCRPC) linked with longitudinal clinical outcomes, integrating findings from whole-exome, transcriptome, and histologic analysis. For 128 patients treated with a first-line next-generation androgen receptor signaling inhibitor (ARSI; abiraterone or enzalutamide), we examined the association of 18 recurrent DNA- and RNA-based genomic alterations, including androgen receptor (

The TOR (target of rapamycin) kinase limits longevity by poorly understood mechanisms. Rapamycin suppresses the mammalian TORC1 complex, which regulates translation, and extends lifespan in diverse species, including mice. We show that rapamycin selectively blunts the pro-inflammatory phenotype of senescent cells. Cellular senescence suppresses cancer by preventing cell proliferation. However, as senescent cells accumulate with age, the senescence-associated secretory phenotype (SASP) can disrupt tissues and contribute to age-related pathologies, including cancer. MTOR inhibition suppressed the secretion of inflammatory cytokines by senescent cells. Rapamycin reduced IL6 and other cytokine mRNA levels, but selectively suppressed translation of the membrane-bound cytokine IL1A. Reduced IL1A diminished NF-κB transcriptional activity, which controls much of the SASP; exogenous IL1A restored IL6 secretion to rapamycin-treated cells. Importantly, rapamycin suppressed the ability of senescent fibroblasts to stimulate prostate tumour growth in mice. Thus, rapamycin might ameliorate age-related pathologies, including late-life cancer, by suppressing senescence-associated inflammation. Campisi and colleagues show that the MTOR inhibitor rapamycin blocks the senescence-associated secretory phenotype (SASP) by inhibiting translation of IL1A, which prevents senescent fibroblasts from promoting tumour growth.

Responses to anticancer therapy are hampered by several factors, and Peter S. Nelson and colleagues here identify a protective effect of the tumor microenvironment. After cytotoxic chemotherapy, inflammatory NF-κB signaling activates the secretion of WNT16B, which acts on epithelial cells, promoting their survival and fostering tumor growth in vivo. This pathway is also active in human tumors treated with chemotherapy and illustrates the potential caveats of cyclical therapy and the need to overcome environmental protection to successfully eliminate tumors. Acquired resistance to anticancer treatments is a substantial barrier to reducing the morbidity and mortality that is attributable to malignant tumors. Components of tissue microenvironments are recognized to profoundly influence cellular phenotypes, including susceptibilities to toxic insults. Using a genome-wide analysis of transcriptional responses to genotoxic stress induced by cancer therapeutics, we identified a spectrum of secreted proteins derived from the tumor microenvironment that includes the Wnt family member wingless-type MMTV integration site family member 16B (WNT16B). We determined that WNT16B expression is regulated by nuclear factor of κ light polypeptide gene enhancer in B cells 1 (NF-κB) after DNA damage and subsequently signals in a paracrine manner to activate the canonical Wnt program in tumor cells. The expression of WNT16B in the prostate tumor microenvironment attenuated the effects of cytotoxic chemotherapy in vivo, promoting tumor cell survival and disease progression. These results delineate a mechanism by which genotoxic therapies given in a cyclical manner can enhance subsequent treatment resistance through cell nonautonomous effects that are contributed by the tumor microenvironment.

Progression of prostate cancer following castration is associated with increased androgen receptor (AR) expression and signaling despite AR blockade. Recent studies suggest that these activities are due to the generation of constitutively active AR splice variants, but the mechanisms by which these splice variants could mediate such effects are not fully understood. Here we have identified what we believe to be a novel human AR splice variant in which exons 5, 6, and 7 are deleted (ARv567es) and demonstrated that this variant can contribute to cancer progression in human prostate cancer xenograft models in mice following castration. We determined that, in human prostate cancer cell lines, ARv567es functioned as a constitutively active receptor, increased expression of full-length AR (ARfl), and enhanced the transcriptional activity of AR. In human xenografts, human prostate cancer cells transfected with ARv567es cDNA formed tumors that were resistant to castration. Furthermore, the ratio of ARv567es to ARfl expression within the xenografts positively correlated with resistance to castration. Importantly, we also detected ARv567es frequently in human prostate cancer metastases. In summary, these data indicate that constitutively active AR splice variants can contribute to the development of castration-resistant prostate cancers and may serve as biomarkers for patients who are likely to suffer from early recurrence and are candidates for therapies directly targeting the AR rather than ligand.