Abstract The functional impact of recently discovered long noncoding RNAs (ncRNAs) in human cancer remains to be clarified. One long ncRNA which has attracted attention is the Hox transcript antisense intergenic RNA termed HOTAIR, a long ncRNA expressed from the developmental HOXC locus located on chromosome 12q13.13. In cooperation with Polycomb complex PRC2, the HOTAIR long ncRNA is reported to reprogram chromatin organization and promote breast cancer metastasis. In this study, we examined the status and function of HOTAIR in patients with stage IV colorectal cancer (CRC) who have liver metastases and a poor prognosis. HOTAIR expression levels were higher in cancerous tissues than in corresponding noncancerous tissues and high HOTAIR expression correlated tightly with the presence of liver metastasis. Moreover, patients with high HOTAIR expression had a relatively poorer prognosis. In a subset of 32 CRC specimens, gene set enrichment analysis using cDNA array data revealed a close correlation between expression of HOTAIR and members of the PRC2 complex (SUZ12, EZH2, and H3K27me3). Our findings suggest that HOTAIR expression is associated with a genome-wide reprogramming of PRC2 function not only in breast cancer but also in CRC, where upregulation of this long ncRNA may be a critical element in metastatic progression. Cancer Res; 71(20); 6320–6. ©2011 AACR.

Background & AimsEsophageal squamous cell carcinoma (ESCC) is the predominant form of esophageal cancer in Japan. Smoking and drinking alcohol are environmental risk factors for ESCC, whereas single nucleotide polymorphisms in ADH1B and ALDH2, which increase harmful intermediates produced by drinking alcohol, are genetic risk factors. We conducted a large-scale genomic analysis of ESCCs from patients in Japan to determine the mutational landscape of this cancer.MethodsWe performed whole-exome sequence analysis of tumor and nontumor esophageal tissues collected from 144 patients with ESCC who underwent surgery at 5 hospitals in Japan. We also performed single-nucleotide polymorphism array-based copy number profile and germline genotype analyses of polymorphisms in ADH1B and ALDH2. Polymorphisms in CYP2A6, which increase harmful effects of smoking, were analyzed. Functions of TET2 mutants were evaluated in KYSE410 and HEK293FT cells.ResultsA high proportion of mutations in the 144 tumor samples were C to T substitution in CpG dinucleotides (called the CpG signature) and C to G/T substitutions with a flanking 5′ thymine (called the APOBEC signature). Based on mutational signatures, patients were assigned to 3 groups, which associated with environmental (drinking and smoking) and genetic (polymorphisms in ALDH2 and CYP2A6) factors. Many tumors contained mutations in genes that regulate the cell cycle (TP53, CCND1, CDKN2A, FBXW7); epigenetic processes (MLL2, EP300, CREBBP, TET2); and the NOTCH (NOTCH1, NOTCH3), WNT (FAT1, YAP1, AJUBA) and receptor-tyrosine kinase−phosphoinositide 3-kinase signaling pathways (PIK3CA, EGFR, ERBB2). Mutations in EP300 and TET2 correlated with shorter survival times, and mutations in ZNF750 associated with an increased number of mutations of the APOBEC signature. Expression of mutant forms of TET2 did not increase cellular levels of 5-hydroxymethylcytosine in HEK293FT cells, whereas knockdown of TET2 increased the invasive activity of KYSE410 ESCC cells. Computational analyses associated the mutations in NFE2L2 we identified with transcriptional activation of its target genes.ConclusionsWe associated environmental and genetic factors with base substitution patterns of somatic mutations and provide a registry of genes and pathways that are disrupted in ESCCs. These findings might be used to design specific treatments for patients with esophageal squamous cancers. Esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) is the predominant form of esophageal cancer in Japan. Smoking and drinking alcohol are environmental risk factors for ESCC, whereas single nucleotide polymorphisms in ADH1B and ALDH2, which increase harmful intermediates produced by drinking alcohol, are genetic risk factors. We conducted a large-scale genomic analysis of ESCCs from patients in Japan to determine the mutational landscape of this cancer. We performed whole-exome sequence analysis of tumor and nontumor esophageal tissues collected from 144 patients with ESCC who underwent surgery at 5 hospitals in Japan. We also performed single-nucleotide polymorphism array-based copy number profile and germline genotype analyses of polymorphisms in ADH1B and ALDH2. Polymorphisms in CYP2A6, which increase harmful effects of smoking, were analyzed. Functions of TET2 mutants were evaluated in KYSE410 and HEK293FT cells. A high proportion of mutations in the 144 tumor samples were C to T substitution in CpG dinucleotides (called the CpG signature) and C to G/T substitutions with a flanking 5′ thymine (called the APOBEC signature). Based on mutational signatures, patients were assigned to 3 groups, which associated with environmental (drinking and smoking) and genetic (polymorphisms in ALDH2 and CYP2A6) factors. Many tumors contained mutations in genes that regulate the cell cycle (TP53, CCND1, CDKN2A, FBXW7); epigenetic processes (MLL2, EP300, CREBBP, TET2); and the NOTCH (NOTCH1, NOTCH3), WNT (FAT1, YAP1, AJUBA) and receptor-tyrosine kinase−phosphoinositide 3-kinase signaling pathways (PIK3CA, EGFR, ERBB2). Mutations in EP300 and TET2 correlated with shorter survival times, and mutations in ZNF750 associated with an increased number of mutations of the APOBEC signature. Expression of mutant forms of TET2 did not increase cellular levels of 5-hydroxymethylcytosine in HEK293FT cells, whereas knockdown of TET2 increased the invasive activity of KYSE410 ESCC cells. Computational analyses associated the mutations in NFE2L2 we identified with transcriptional activation of its target genes. We associated environmental and genetic factors with base substitution patterns of somatic mutations and provide a registry of genes and pathways that are disrupted in ESCCs. These findings might be used to design specific treatments for patients with esophageal squamous cancers.

Diffuse lower-grade gliomas (LGGs) are genetically classified into 3 distinct subtypes based on isocitrate dehydrogenase (IDH) mutation status and codeletion of chromosome 1p and 19q (1p/19q). However, the subtype-specific effects of additional genetic lesions on survival are largely unknown.Using Cox proportional hazards regression modeling, we investigated the subtype-specific effects of genetic alterations and clinicopathological factors on survival in each LGG subtype, in a Japanese cohort of LGG cases fully genotyped for driver mutations and copy number variations associated with LGGs (n = 308). The results were validated using a dataset from 414 LGG cases available from The Cancer Genome Atlas (TCGA).In Oligodendroglioma, IDH-mutant and 1p/19q codeleted, NOTCH1 mutations (P = 0.0041) and incomplete resection (P = 0.0019) were significantly associated with shorter survival. In Astrocytoma, IDH-mutant, PIK3R1 mutations (P = 0.0014) and altered retinoblastoma pathway genes (RB1, CDKN2A, and CDK4) (P = 0.013) were independent predictors of poor survival. In IDH-wildtype LGGs, co-occurrence of 7p gain, 10q loss, mutation in the TERT promoter (P = 0.024), and grade III histology (P < 0.0001) independently predicted poor survival. IDH-wildtype LGGs without any of these factors were diagnosed at a younger age (P = 0.042), and were less likely to have genetic lesions characteristic of glioblastoma, in comparison with other IDH-wildtype LGGs, suggesting that they likely represented biologically different subtypes. These results were largely confirmed in the cohort of TCGA.Subtype-specific genetic lesions can be used to stratify patients within each LGG subtype. enabling better prognostication and management.

Hypoxia-inducible factor 1 (HIF1) is a master regulator of adaptive gene expression under hypoxia. However, a role for HIF1 in the epigenetic regulation remains unknown. Genome-wide analysis of HIF1 binding sites (chromatin immunoprecipitation [ChIP] with deep sequencing) of endothelial cells clarified that HIF1 mainly binds to the intergenic regions distal from transcriptional starting sites under both normoxia and hypoxia. Next, we examined the temporal profile of gene expression under hypoxic conditions by using DNA microarrays. We clarified that early hypoxia-responsive genes are functionally associated with glycolysis, including GLUT3 (SLC2A3). Acetylated lysine 27 of histone 3 covered the HIF1 binding sites, and HIF1 functioned as an enhancer of SLC2A3 by interaction with lysine (K)-specific demethylase 3A (KDM3A). Knockdown of HIF1α and KDM3A showed that glycolytic genes are regulated by both HIF1 and KDM3A and respond to hypoxia in a manner independent of cell type specificity. We elucidated that both the chromatin conformational structure and histone modification change under hypoxic conditions and enhance the expression of SLC2A3 based on the combined results of chromatin conformation capture (3C) and ChIP assays. KDM3A is recruited to the SLC2A3 locus in an HIF1-dependent manner and demethylates H3K9me2 so as to upregulate its expression. These findings provide novel insights into the interaction between HIF1 and KDM3A and also the epigenetic regulation of HIF1.

Abstract Cancer-associated fibroblasts (CAF) constitute a major component of the tumor microenvironment. Recent observations in genetically engineered mouse models and clinical studies have suggested that there may exist at least two functionally different populations of CAFs, that is, cancer-promoting CAFs (pCAF) and cancer-restraining CAFs (rCAF). Although various pCAF markers have been identified, the identity of rCAFs remains unknown because of the lack of rCAF-specific marker(s). In this study, we found that Meflin, a glycosylphosphatidylinositol-anchored protein that is a marker of mesenchymal stromal/stem cells and maintains their undifferentiated state, is expressed by pancreatic stellate cells that are a source of CAFs in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). In situ hybridization analysis of 71 human PDAC tissues revealed that the infiltration of Meflin-positive CAFs correlated with favorable patient outcome. Consistent herewith, Meflin deficiency led to significant tumor progression with poorly differentiated histology in a PDAC mouse model. Similarly, genetic ablation of Meflin-positive CAFs resulted in poor differentiation of tumors in a syngeneic transplantation model. Conversely, delivery of a Meflin-expressing lentivirus into the tumor stroma or overexpression of Meflin in CAFs suppressed the growth of xenograft tumors. Lineage tracing revealed that Meflin-positive cells gave rise to α-smooth muscle actin-positive CAFs that are positive or negative for Meflin, suggesting a mechanism for generating CAF heterogeneity. Meflin deficiency or low expression resulted in straightened stromal collagen fibers, which represent a signature for aggressive tumors, in mouse or human PDAC tissues, respectively. Together, the data suggest that Meflin is a marker of rCAFs that suppress PDAC progression. Significance: Meflin marks and functionally contributes to a subset of cancer-associated fibroblasts that exert antitumoral effects.

Abstract Circulating tumor cells (CTC) in blood have attracted attention both as potential seeds for metastasis and as biomarkers. However, most CTC detection systems might miss epithelial–mesenchymal transition (EMT)-induced metastatic cells because detection is based on epithelial markers. First, to discover novel markers capable of detecting CTCs in which EMT has not been repressed, microarray analysis of 132 colorectal cancers (CRC) from Japanese patients was conducted, and 2,969 genes were detected that were overexpressed relative to normal colon mucosa. From the detected genes, we selected those that were overexpressed CRC with distant metastasis. Then, we analyzed the CRC metastasis-specific genes (n = 22) to determine whether they were expressed in normal circulation. As a result, PLS3 was discovered as a CTC marker that was expressed in metastatic CRC cells but not in normal circulation. Using fluorescent immunocytochemistry, we validated that PLS3 was expressed in EMT-induced CTC in peripheral blood from patients with CRC with distant metastasis. PLS3-expressing cells were detected in the peripheral blood of approximately one-third of an independent set of 711 Japanese patients with CRC. Multivariate analysis showed that PLS3-positive CTC was independently associated with prognosis in the training set (n = 381) and the validation set [n = 330; HR = 2.17; 95% confidence interval (CI) = 1.38–3.40 and HR = 3.92; 95% CI = 2.27–6.85]. The association between PLS3-positive CTC and prognosis was particularly strong in patients with Dukes B (HR = 4.07; 95% CI = 1.50–11.57) and Dukes C (HR = 2.57; 95% CI = 1.42–4.63). PLS3 is a novel marker for metastatic CRC cells, and it possesses significant prognostic value. Cancer Res; 73(7); 2059–69. ©2012 AACR.