Abstract Purpose Metastatic prostate cancer (mPC) is enriched for homologous recombination repair (HRR) gene alterations; these biomarkers have prognostic and predictive value. Next-generation sequencing (NGS) allows for patient stratification based on these biomarkers, but widespread clinical implementation is still limited. Moreover, not all mutations in HRR genes result in functional HRR loss in the tumor. We investigated the correlation between genomic and functional loss of HRR, using NGS and an optimized RAD51 immunofluorescence (RAD51-IF) assay in mPC clinical biopsies. Experimental design Observational study including patients with stage IV prostate cancer. Biopsies from either primary tumor or metastatic biopsies underwent NGS (targeted sequencing and/or whole-exome sequencing), and RAD51-IF. Clinical data was extracted from electronic patient records. Results 219 biopsies from 187 patients were acquired, including primary (151/219) and metastatic (68/219) tumor biopsies collected either in the metastatic hormone- sensitive (169/219) or castration-resistant (50/219) setting. NGS (181 biopsies from 157 patients) showed frequent genomic alterations in TP53 (40%), AR (15%), PTEN (14%), MYC (10%), BRCA2 (9%), ATM (8%) and BRCA1 (2%). Tissue for RAD51 IF was available for 206 samples; of those, 140/206 (68%) were evaluable for RAD51- IF. Based on a previously defined threshold of 10% RAD51-positive cells, 21% samples had RAD51-low results compatible with HRR deficiency (HRD). Sample matched RAD51-IF and genomics data were obtained for 128 biopsies (117 patients): RAD51-IF had a high sensitivity (68%) and specificity (85%) to identify cases with BRCA1/2 alterations. Additionally, the RAD51-IF assay was able to identify restoration of HRR function in selected cases with BRCA2 reversion mutations or BRCA1 expression. Conclusions RAD51-IF is feasible in routine clinical samples from mPC patients and associates strongly with clinically relevant HRR gene alterations.

Abstract Metastatic hormone-naïve prostate cancer (mHNPC) is an infrequent form of this tumour type that is characterized by metastasis at the time of diagnosis and accounts for 50% of prostate cancer-related deaths. Despite the extensive characterization of localized and metastatic castration resistant prostate cancer (mCRPC), the molecular characteristics of mHNPC remain largely unexplored. Here we provide the first extensive transcriptomics characterization of mHNPC. We generated discovery and validation bulk and single-cell RNA-Seq datasets and performed integrative computational analysis in combination with experimental studies. Our results provide unprecedented evidence of the distinctive transcriptional profile of mHNPC and identify stroma remodelling as a predominant feature of these tumours. Importantly, we discover a central role for the transcription factor SOX11 in triggering a heterotypic communication that is associated to the acquisition of metastatic properties. Our study will constitute an invaluable resource for a profound understanding of mHNPC that can influence patient management.

Extracellular vesicles (EVs) secreted by tumors are abundant in plasma, but their potential for interrogating the molecular features of tumors through multi-omic profiling remains widely unexplored. Genomic and transcriptomic profiling of circulating EV-DNA and EV-RNA isolated from a range of in-vitro and in-vivo models of metastatic prostate cancer (mPC) revealed a high contribution of tumor material to EV-loaded DNA/RNA. Findings were validated in a cohort of longitudinal plasma samples collected from mPC patients during androgen receptor signaling inhibitor (ARSI) therapy. EV-DNA genomic features recapitulated matched-patient biopsies and associated with clinical progression. We developed a novel approach to enable the transcriptomic profiling of EV-RNA (RExCuE). We report how the transcriptomic profile in mPC EV-RNA is enriched for tumor-associated transcripts when compared to same patient blood RNA and healthy individuals EV-RNA, and reflect early on-therapy tumor adaptation changes. Altogether, we show that EV profiling enables longitudinal transcriptomic and genomic profiling of mPC in liquid biopsy.