Abstract N6-methyladenosine (m6A) modification of RNA plays important roles in normal and cancer biology, but knowledge of its function on long noncoding RNAs (lncRNAs) remains limited. Here, we investigate whether m6A regulates the function of the human HOTAIR lncRNA, which contributes to multiple pro-tumor phenotypes in triple-negative breast cancer (TNBC) cells. We identify at least 8 individual m6A sites within HOTAIR, with a single site (A783) consistently methylated. Mutation of A783 impairs cellular proliferation and invasion in HOTAIR-overexpressing TNBC cells. m6A at A783 regulates HOTAIR’s ability to localize to chromatin and induce gene pathways that affect tumor progression. In contrast, A783U mutant HOTAIR demonstrates loss-of-function and antimorph behaviors by impairing gene expression changes induced by WT HOTAIR and, in some cases, inducing opposite changes in gene expression. HOTAIR interacts with nuclear m6A reader YTHDC1 and high HOTAIR is significantly associated with shorter overall patient survival, particularly in the context of high YTHDC1 . At the molecular level, YTHDC1-HOTAIR interactions are required for chromatin localization and regulation of gene repression. Our work demonstrates how modification of one base in a lncRNA can elicit a distinct gene regulation mechanism and drive disease-associated phenotypic changes such as proliferation and invasion.

Abstract Constitutively active estrogen receptor-α (ER/ ESR1 ) mutations have been identified in approximately one third of ER+ metastatic breast cancer. Although these mutations are known mediators of endocrine resistance, their potential role in promoting metastatic disease has not yet been mechanistically addressed. In this study, we show the presence of ESR1 mutations exclusively in distant, but not local recurrences. In concordance with transcriptomic profiling of ESR1 mutant tumors, genome-edited Y537S and D538G cell models have a reprogrammed cell adhesive gene network via alterations in desmosome/gap junction genes and the TIMP3/MMP axis, which functionally confers enhanced cell-cell contacts while decreased cell-ECM adhesion. Context-dependent migratory phenotypes revealed co-targeting of Wnt and ER as vulnerability. Mutant ESR1 exhibits non-canonical regulation of several metastatic pathways including secondary transactivation and de novo FOXA1-driven chromatin remodeling. Collectively, our data supports evidence for ESR1 mutation-driven metastases and provides insight for future preclinical therapeutic strategies. Significance Context and allele-dependent transcriptome and cistrome reprogramming in genome-edited ESR1 mutation cell models elicit diverse metastatic phenotypes, including but not limited to alterations in cell adhesion and migration. The gain-of-function mutations can be pharmacologically targeted, and thus may be key components of novel therapeutic treatment strategies for ER-mutant metastatic breast cancer.

Breast cancer is leading cause of cancer-associated death in the United States, and approximately 70% of all cases are estrogen receptor positive (ER+). While effective ER-targeting endocrine therapy has substantially progressed the successful treatment of primary ER+ tumors, approximately 20% of these tumors will recur, typically at metastatic sites. Recurrent ER+ tumors consistently develop resistance to endocrine therapies, making them difficult to treat and contributing to patient death. Therefore, novel molecular targets are needed to treat recurrent ER+ breast cancers. Here, we describe semaphorin 7a (SEMA7A) as a driver of tumor growth, recurrence, and metastasis in ER+ breast cancer. SEMA7A is a signaling protein that is overexpressed in ER+ breast cancer, where it confers significantly decreased patient survival rates for patients on endocrine therapy. We show that SEMA7A is hormonally regulated in ER+ breast cancer; yet, SEMA7A expression does not uniformly decrease in patients treated with hormone-targeting endocrine therapies. Instead, anti-endocrine therapy either 1) decreases SEMA7A and correlates with a good clinical response or 2) increases SEMA7A and correlates with a poor clinical response. We therefore overexpressed SEMA7A in ER+ cell lines and performed in vitro growth assays in the presence of the ER-degrader fulvestrant. We also injected these cells into mammary fat pads of NSG mice, and then treated the animals with fulvestrant. Tumors were measured every three days, then harvested for immunohistochemistry analysis. SEMA7A overexpression confers resistance to fulvestrant treatment in vitro and in vivo. Mechanistically, we show that SEMA7A suppresses expression of ER and alters the tumor microenvironment in fulvestrant-treated tumors. These data support SEMA7A as a novel driver of endocrine resistance in ER+ breast cancer. Finally, we identify therapeutic vulnerability of ER+SEMA7A+ tumors and propose that SEMA7A warrants additional investigation in a clinical setting.

Abstract Estrogen receptor alpha (ER/ ESR1 ) is mutated in 30-40% of endocrine resistant ER-positive (ER+) breast cancer. ESR1 mutations cause ligand-independent growth and increased metastasis in vivo and in vitro . Despite the distinct clinical features and changes in therapeutic response associated with ESR1 mutations, there are no data about their potential role in intrinsic subtype switching. Applying four luminal and basal gene set pairs, ESR1 mutant cell models and clinical samples showed a significant enrichment of basal subtype markers. Among them, the six basal cytokeratins (BCKs) were the most enriched genes. Induction of BCKs was independent of ER binding and instead associated with chromatin reprogramming centered around a progesterone receptor-orchestrated topological associated domain at the KRT14/16/17 genomic region. Unexpectedly, high BCK expression in ER+ primary breast cancer is associated with good prognosis, and these tumors show enriched activation of a number of immune pathways, a distinctive feature shared with ESR1 mutant tumors. S100A8 and S100A9 were among the most highly induced immune mediators shared between high- BCK s ER+ and ESR1 mutant tumors, and single-cell RNA-seq analysis inferred their involvement in paracrine crosstalk between epithelial and stromal cells. Collectively, these observations demonstrate that ESR1 mutant tumors gain basal features with induction of basal cytokeratins via epigenetic mechanisms in rare subpopulation of cells. This is associated with increased immune activation, encouraging additional studies of immune therapeutic vulnerabilities in ESR1 mutant tumors.

While breast cancer patients with tumors that express estrogen receptor α (ER) generally respond well to hormone therapies that block ER's actions, a significant number relapse. Approximately 30% of these recurrences harbor activating mutations in ER's ligand binding domain (LBD). ER mutations have been shown to confer ligand-independent function to ER; however, much is still unclear regarding the effect of mutant ER beyond its estrogen independence. To investigate mutant ER's molecular effects, we developed multiple isogenic ER mutant cell lines for the most common ER LBD mutations, Y537S and D538G. We found that these mutations induce differential expression of thousands of genes, the majority of which are mutant allele-specific and are not observed upon estrogen treatment of wildtype cells. The mutant-specific genes show consistent differential expression across ER mutant lines developed in other laboratories. The observed gene expression changes cannot be explained by constitutive ER activity alone, as wildtype cells with long-term estrogen exposure only exhibit some of these transcriptional changes, suggesting that mutant ER causes novel regulatory effects that are not simply due to constant activity. While ER mutations have minor effects on ER genomic binding, with the exception of ligand independence, we observed substantial differences in chromatin accessibility due to ER mutations. Mutant ER is bound to approximately a quarter of mutant-enriched accessible regions that are enriched for other DNA binding factors including FOXA1, CTCF, and OCT1. Our findings indicate that mutant ER causes several consistent effects on gene expression both indirectly and through constant activity.### Competing Interest Statement

Ovarian cancer has one of the highest deaths to incidence ratios across all cancers. Initial chemotherapy is typically effective, but most patients will develop chemo-resistant disease. Mechanisms driving clinical chemo-response and -resistance in ovarian cancer are not well understood. However, achieving optimal surgical cytoreduction improves survival, and cytoreduction is improved by neoadjuvant platinum/taxane-based chemotherapy (NACT). NACT offers a window to profile pre- versus post-therapy tumor specimens, which we used to identify chemotherapy-induced changes to the tumor microenvironment. We hypothesized changes in the immune microenvironment correlate with tumor chemo-response and disease progression. We obtained matched pre- and post-NACT archival tumor tissues from patients with high-grade serous ovarian cancer (patient n=6). We measured mRNA levels of 770 genes (NanoString) and performed reverse phase protein array (RPPA) on a subset of matched tumors. We examined cytokine levels in additional pre-NACT ascites samples (n=39) by multiplex ELISA. A tissue microarray with 128 annotated ovarian tumors expanded the transcriptional, RPPA, and cytokine data by multi-spectral immunohistochemistry. In NanoString analyses, transcriptional profiles segregated based on pre- and post-NACT status. The most upregulated gene post-NACT was IL6 (17.1-fold, adjusted p = 0.045). RPPA data were highly concordant with mRNA, consistent with elevated immune infiltration. Elevated IL-6 in pre-NACT ascites specimens correlated with a shorter time to recurrence. Integrating NanoString, RPPA, and cytokine studies identified an activated inflammatory signaling network and induced IL6 and IER3 (Immediate Early Response 3) post-NACT, associated with poor chemo-response and decreased time to recurrence. Taken together, multi-omic profiling of ovarian tumor samples before and after NACT provides unique insight into chemo-induced changes to the tumor and microenvironment. We integrated transcriptional, proteomic, and cytokine data and identified a novel IL-6/IER3 signaling axis through increased inflammatory signaling which may drive ovarian cancer chemo-resistance.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Despite ovarian cancer being the deadliest gynecological malignancy, there has been little change to therapeutic options and mortality rates over the last three decades. Recent studies indicate that the composition of the tumor immune microenvironment (TIME) influences patient outcomes but are limited by a lack of spatial understanding. We performed multiplexed ion beam imaging (MIBI) on 83 human high-grade serous carcinoma tumors - one of the largest protein-based, spatially-intact, single-cell resolution tumor datasets assembled - and used statistical and machine learning approaches to connect features of the TIME spatial organization to patient outcomes. Along with traditional clinical/immunohistochemical attributes and indicators of TIME composition, we found that several features of TIME spatial organization had significant univariate correlations and/or high relative importance in high-dimensional predictive models. The top performing predictive model for patient progression-free survival (PFS) used a combination of TIME composition and spatial features. Results demonstrate the importance of spatial structure in understanding how the TIME contributes to treatment outcomes. Furthermore, the present study provides a generalizable roadmap for spatial analyses of the TIME in ovarian cancer research.

ABSTRACT Triple negative breast cancer (TNBC) is an aggressive breast cancer subtype for which no effective targeted therapies are available. Growing evidence suggests that chemotherapy-resistant cancer cells with stem-like properties (CSC) may repopulate the tumor. Androgen receptor (AR) is expressed in up to 50% of TNBC, and AR inhibition decreases CSC and tumor initiation. Runt-related transcription factor 1 (RUNX1) correlates with poor prognosis in TNBC and is regulated by AR in prostate cancer. Our group has shown that RUNX1 promotes TNBC cell migration and regulates tumor gene expression. We hypothesized that RUNX1 is regulated by AR and that both may work together in TNBC CSC to promote disease recurrence following chemotherapy. Chromatin immunoprecipitation DNA-sequencing (ChIP-seq) experiments in MDA-MB-453 revealed AR binding to RUNX1 regulatory regions. RUNX1 expression is upregulated by dihydrotestosterone (DHT) in MDA-MB-453 and in HCI-009 patient-derived xenograft (PDX) tumors (p<0.05). RUNX1 is increased in a CSC-like experimental model in MDA-MB-453 and SUM-159PT cells (p<0.05). Inhibition of RUNX1 transcriptional activity reduced the expression of CSC markers. Interestingly, RUNX1 inhibition reduced cell viability and enhanced paclitaxel and enzalutamide sensitivity. Targeting RUNX1 may be an attractive strategy to potentiate the anti-tumor effects of AR inhibition, specifically in the slow growing CSC-like populations that resist chemotherapy leading to metastatic disease.

ABSTRACT Triple negative breast cancer (TNBC) often undergoes at least partial epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) to facilitate metastasis. Identifying EMT-associated characteristics can reveal novel dependencies that may serve as therapeutic vulnerabilities in this aggressive breast cancer subtype. We find that NPC1 , which encodes the lysosomal cholesterol transporter Niemann-Pick Type C1 is highly expressed in TNBC as compared to estrogen receptor-positive (ER+) breast cancer and is significantly elevated in high grade disease. We demonstrate that NPC1 is directly targeted by microRNA-200c (miR-200c) a potent suppressor of EMT, providing a mechanism for its differential expression in breast cancer subtypes. Silencing of NPC1 in TNBC causes an accumulation of cholesterol-filled lysosomes and drives decreased growth on soft agar and invasive capacity. Conversely, overexpression of NPC1 in an ER+ cell line increases invasion and growth on soft agar. We further identify TNBC cell lines as cholesterol auxotrophs, however, they do not solely depend on NPC1 for adequate cholesterol supply. Genetic inhibition of NPC1 in TNBC cell lines led to altered mitochondrial function and morphology, suppression of mTOR signaling, and accumulation of autophagosomes. A small-molecule inhibitor of NPC1, U18666A, decreased TNBC proliferation and synergized with the chemotherapeutic drug, paclitaxel. This work suggests that NPC1 promotes aggressive characteristics in TNBC and identifies NPC1 as a potential therapeutic target.