The β-catenin signaling pathway is deregulated in nearly all colon cancers. Nonhypercalcemic vitamin D3 (1α,25-dehydroxyvitamin D3) analogues are candidate drugs to treat this neoplasia. We show that these compounds promote the differentiation of human colon carcinoma SW480 cells expressing vitamin D receptors (VDRs) (SW480-ADH) but not that of a malignant subline (SW480-R) or metastasic derivative (SW620) cells lacking VDR. 1α,25(OH)2D3 induced the expression of E-cadherin and other adhesion proteins (occludin, Zonula occludens [ZO]-1, ZO-2, vinculin) and promoted the translocation of β-catenin, plakoglobin, and ZO-1 from the nucleus to the plasma membrane. Ligand-activated VDR competed with T cell transcription factor (TCF)-4 for β-catenin binding. Accordingly, 1α,25(OH)2D3 repressed β-catenin–TCF-4 transcriptional activity. Moreover, VDR activity was enhanced by ectopic β-catenin and reduced by TCF-4. Also, 1α,25(OH)2D3 inhibited expression of β-catenin–TCF-4-responsive genes, c-myc, peroxisome proliferator-activated receptor δ, Tcf-1, and CD44, whereas it induced expression of ZO-1. Our results show that 1α,25(OH)2D3 induces E-cadherin and modulates β-catenin–TCF-4 target genes in a manner opposite to that of β-catenin, promoting the differentiation of colon carcinoma cells.

SEVERAL recent observations1,2, such as the identification of the cellular homologue of the v-erb-A oncogene as a thyroid-hormone receptor3,4, have strongly implicated nuclear oncogenes in transcriptional control mechanisms. The v-erb-A oncogene blocks the differentiation of erythroid cells, and changes the growth requirements of fibroblasts and erythroblasts5–7. Mutations in v-erb-A protein have led to the loss of its affinity for thyroid hormones3,8 but do not affect its DNA-binding ability8,9, a property required for biological activity9. We report here the identification of a novel thyroid-hormone response element (TRE) in the long terminal repeat of Moloney murine leukaemia virus that binds the c-erb-A-α protein. The v-erb-A protein abolishes the responsiveness of this TRE to thyroid hormone, although it has a lower affinity than the normal receptor for the TRE. The data indicate that overexpressed v-erb-A protein negatively interferes with normal transcriptional-control mechanisms, and that amino-acid substitutions have altered its DNA-binding properties.

The Wnt–β-catenin and PI3K-AKT-FOXO3a pathways have a central role in cancer. AKT phosporylates FOXO3a, relocating it from the cell nucleus to the cytoplasm, an effect that is reversed by PI3K and AKT inhibitors. Simultaneous hyperactivation of the Wnt–β-catenin pathway and inhibition of PI3K-AKT signaling promote nuclear accumulation of β-catenin and FOXO3a, respectively, promoting cell scattering and metastasis by regulating a defined set of target genes. Indeed, the anti-tumoral AKT inhibitor API-2 promotes nuclear FOXO3a accumulation and metastasis of cells with high nuclear β-catenin content. Nuclear β-catenin confers resistance to the FOXO3a-mediated apoptosis induced by PI3K and AKT inhibitors in patient-derived primary cultures and in corresponding xenograft tumors in mice. This resistance is reversed by XAV-939, an inhibitor of Wnt–β-catenin signaling. In the presence of high nuclear β-catenin content, activation of FOXO3a by PI3K or AKT inhibitors makes it behave as a metastasis inductor rather than a proapoptotic tumor suppressor. We show that it is possible to evaluate the β-catenin status of patients' carcinomas and the response of patient-derived cells to target-directed drugs that accumulate FOXO3a in the nucleus before deciding on a course of treatment. We propose that this evaluation could be essential to the provision of a safer and more effective personalized treatment.

Colorectal cancer is a major cause of cancer death worldwide. A number of key oncogenes and tumor suppressor genes have been proposed to drive progression from healthy colonic epithelia to malignant tumors, including members of the Wnt/β-catenin pathway. Recently, CpG island promoter hypermethylation was shown to cause inactivation of two extracellular Wnt inhibitors in colon cancer: secreted frizzled-related proteins (sFRPs) and Wnt inhibitory factor-1 (WIF-1). Here, we show for the first time that another extracellular Wnt inhibitor, the DICKKOPF-1 (DKK-1) gene, is transcriptionally silenced by CpG island promoter hypermethylation in colon cancer cell lines (n=9), whereas treatment with the DNA-demethylating agent 5-aza-2-deoxycytidine restored DKK-1 expression. Restoration of DKK-1 function in non-expressing cells bearing a truncated APC (Adenomatous Polyposis Coli) gene had no effect on β-catenin/T-cell factor-dependent transcription, but induced tumor suppressor-like features such as reduced colony formation density and tumor growth inhibition in nude mice. These results suggest additional functions for DKK-1 other than inhibiting canonical Wnt signaling. In primary colorectal tumors, DKK-1 was found hypermethylated in 17% (nine of 54) of cases. Furthermore, while for both SFRP-1 and WIF-1 methylation-associated silencing occurred across the whole spectrum of colorectal tumorigenesis, DKK-1 promoter was selectively hypermethylated in advanced colorectal neoplasms (Duke's C and D tumors).

ABSTRACT Cancer initiation and progression result from both genetic alterations and epigenetic reprograming caused by environmental or endogenous factors which can lead to aberrant cell signalling. Most colorectal cancers (CRC) are linked to the abnormal activation of the Wnt/ β-catenin pathway, whose key feature is the accumulation of acetylated β-catenin protein within the nucleus of colon epithelial cells. Nuclear β- catenin acts as a transcriptional co-activator that alters the expression of many target genes involved in cell proliferation and invasion. The most active vitamin D metabolite 1,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25(OH)2D3, calcitriol) can antagonize the over-activated Wnt/ β-catenin pathway via binding to its high affinity receptor VDR. Here, we show that the activation of the SIRT1 deacetylase by 1,25(OH)2D3-bound VDR promotes deacetylation and nuclear exclusion of β-catenin and, consequently, the downregulation of its pro-tumorigenic target genes and the inhibition of human colon carcinoma cell proliferation. Notably, orthogonal SIRT1 activation systematically drives nuclear exclusion of β-catenin, highlighting the key role of SIRT1 in CRC. Since nuclear localization of β-catenin is a critical driver of CRC initiation and progression that requires its acetylation, our results provide a mechanistic basis for the epidemiological evidence linking vitamin D deficiency and increased CRC risk and mortality.

Abstract Current therapy against colorectal cancer is based on DNA-damaging agents that eradicate highly proliferative malignant cells. Whether sublethal chemotherapy affects tumor cell behavior and impacts on patient outcome is primarily unstudied. We now show that sublethal chemotherapy imposes a quiescent-like state to p53 wildtype human colorectal cancer (CRC) cells that is linked to the acquisition of a fetal phenotype downstream of YAP1, similar to that observed after intestinal damage. CRC cells displaying this fetal phenotype exhibit tumor- initiating activity comparable to untreated cells but superior metastatic capacity. Notably, nuclear YAP1 accumulation, or detection of the fetal signature in tumors predict poor prognosis in CRC patients carrying p53 wildtype tumors. Collectively, our results uncover a potential adverse response of tumor cells to suboptimal chemotherapy, and identify nuclear YAP1 and fetal conversion of colorectal tumors as biomarkers for prognosis and therapy prescription. Statement of significance Chemotherapy induces a quiescent-like phenotype to colorectal cancer cells that is linked to the acquisition of a YAP1-dependent fetal signature. Notably, this signature is predictive of patient outcome in different cohorts of human colorectal cancer.

The urothelium is a specialized stratified epithelium with unique structural and functional features. Understanding the mechanisms involved in urothelial stem cell biology and differentiation has been limited by the lack of methods for unlimited propagation. Here, we establish normal mouse urothelial organoid (NMU-o) cultures that can be maintained uninterruptedly for >1 year. Organoid growth is dependent on EGF and Wnt activators. High CD49f/ITGA6 expression features a subpopulation of organoid-forming urothelial stem cells expressing basal markers. On induction of differentiation, multilayered organoids show reduced layer number, acquire barrier function, and activate the urothelial program, including expression of uroplakins and tight junction components. Combined pharmacological modulation of PPAR gamma and EGFR was most potent driving cell differentiation. Transcriptome analysis of organoids widely validates the system, highlights the transcriptional networks involved, and reveals NOTCH signaling as a novel pathway required for normal urothelial organoid differentiation.

ABSTRACT Posttranslational modifications of epigenetic modifiers provide a flexible and timely mechanism for rapid adaptations to the dynamic environment of cancer cells. SIRT1 is an NAD + -dependent epigenetic modifier whose activity is classically associated with healthy aging and longevity, but its function in cancer is not well understood. Here, we reveal that 1α,25-dihydroxyvitamin D 3 (1,25(OH) 2 D 3 , calcitriol), the active metabolite of vitamin D (VD), promotes SIRT1 activation through auto-deacetylation in human colon carcinoma cells, and identify lysine 610 as an essential driver of SIRT1 activity. Remarkably, our data show that the post-translational control of SIRT1 activity mediates the antiproliferative action of 1,25(OH) 2 D 3 . This effect is reproduced by the SIRT1 activator SRT1720, suggesting that SIRT1 activators may offer new therapeutic possibilities for colon cancer patients who are VD deficient or unresponsive. Moreover, this might be extrapolated to inflammation and other VD deficiency-associated and highly prevalent diseases in which SIRT1 plays a prominent role.