Abstract Anaplastic large cell lymphoma (ALCL) is an aggressive, CD30 + T-cell lymphoma of children and adults. ALK fusion transcripts or mutations in the JAK-STAT pathway are observed in most ALCL tumors, but the mechanisms underlying tumorigenesis are not fully understood. Here we show that dysregulated STAT3, together with a core transcriptional regulatory circuit consisting of BATF3–IRF4– IKZF1, co-occupies gene enhancers to establish an oncogenic transcription program and maintain the malignant state of ALCL. Critical downstream targets of this network in ALCL cells include the proto-oncogene MYC , which requires active STAT3 to facilitate high levels of MYC transcription. The activity of this auto-regulatory transcription loop is reinforced by MYC binding to the enhancer regions associated with STAT3 and each of the core regulatory transcription factors. These findings provide new insights for understanding how dysregulated signaling pathways hijack cell-type-specific transcriptional machinery to drive tumorigenesis and create therapeutic vulnerabilities in genetically defined tumors.

Abstract The oncogenic transcription factors STAT3, STAT5A and STAT5B are essential to steer hematopoiesis and immunity, but their enhanced expression and activation drives the development or progression of blood cancers. Current therapeutic strategies focus on blocking upstream tyrosine kinases, but frequently occurring resistance often leads to disease relapse, emphasizing the need for more targeted therapies. Here we evaluate JPX-0700 and JPX-0750, which are STAT3/5-specific covalent cysteine binders that lead to growth arrest of acute myeloid leukemia (AML) and natural killer/T cell lymphoma (NKCL) cell lines in vitro and in vivo , as well as reduce cell viability of primary AML blasts ex vivo . Our non-PROTAC small molecular weight degraders selectively reduce STAT3/5 activation and total protein levels, as well as downstream target oncogene expression, exhibiting nanomolar to low micromolar efficacy. We found that both AML and NKCL cells hijack STAT3/5 signaling through either upstream activating mutations in tyrosine kinases, activating gain-of-function mutations in STAT3, mutational loss of negative STAT regulators, or genetic gains in anti-apoptotic, pro-proliferative or epigenetic-modifying STAT3/5 targets. Moreover, we have shown synergistic inhibitory action of JPX-0700 and JPX-0750 upon combinatorial use with approved chemotherapeutics (doxorubicin, daunorubicin, cytarabine), epigenetic enzyme blocker vorinostat, tyrosine kinase inhibitor cabozantinib or BCL-2 inhibitor venetoclax. Importantly, JPX-0700 or JPX-0750 treatment reduced leukemic cell growth in human AML/NKCL xenograft mouse models without adverse side effects. These potent small molecule degraders of STAT3/5 could propel further clinical development for use in AML and NKCL patients.

Background: Prostate cancer develops through malignant transformation of the prostate epithelium in a stepwise, mutation-driven process. Although activator protein-1 transcription factors such as JUN have been implicated as potential oncogenic drivers, the molecular programs contributing to prostate cancer progression are not fully understood. Methods: We analyzed JUN expression in clinical prostate cancer samples across different stages and investigated its functional role in a Pten-deficient mouse model. We performed histopathological examinations, transcriptomic analyses and explored the senescence-associated secretory phenotype in the tumor microenvironment. Results: Elevated JUN levels characterized early-stage prostate cancer and predicted improved survival in human and murine samples. Immune-phenotyping of Pten-deficient prostates revealed high accumulation of tumor-infiltrating leukocytes, particularly innate immune cells, neutrophils and macrophages as well as high levels of STAT3 activation and IL-1β production. Jun depletion in a Pten-deficient background prevented immune cell attraction which was accompanied by significant reduction of active STAT3 and IL-1β and accelerated prostate tumor growth. Comparative transcriptome profiling of prostate epithelial cells revealed a senescence-associated gene signature, upregulation of pro-inflammatory processes involved in immune cell attraction and of chemokines such as IL-1β, CCL3 and CCL8 in Pten-deficient prostates. Strikingly, JUN depletion reversed both, senescence and senescence-associated immune cell infiltration and consequently accelerated tumor growth. Conclusions: Our results suggest that JUN acts as tumor-suppressor and decelerates the progression of prostate cancer by transcriptional regulation of senescence- and inflammation-associated genes. This study opens avenues for novel treatment strategies that could impede disease progression and improve patient outcomes.

Transformation of white into brown fat ("browning") reduces obesity in many preclinical models and holds great promise as therapeutic concept in metabolic disease. Vitamin A metabolites (retinoids) have been linked to thermogenic programming of adipose tissue (AT), however the physiologic importance of systemic retinoid metabolism for AT browning and adaptive thermogenesis is unknown. Here we show that cold stimulation in mice and humans leads to an increase in circulating retinol and its plasma transporter, retinol binding protein (RBP). Cold exposure shifts retinol abundance from liver towards subcutaneous white AT (sWAT) which correlates with enhanced thermogenic gene expression. Cold-mediated retinoid flux is abrogated in Rbp deficient (Rbp-/-) mice, a model with defective retinoid transport. As a consequence, AT browning and mitochondrial function are dramatically impaired in sWAT, which renders Rbp-/- mice cold intolerant. Rbp deficiency also attenuates cold-induced lipid clearance most likely due to decreased oxidative capacity. In humans, cold-mediated retinol increase is associated with enhanced lipid utilization, and retinol stimulation in primary human adipocytes promotes thermogenic gene expression and mitochondrial respiration. In conclusion, systemic vitamin A abundance is regulated by cold exposure in mice and humans and intact retinoid shuttling is essential for cold-induced AT browning and lipid turnover.

Androgen deprivation therapy (ADT) remains a key approach in the treatment of prostate cancer (PCa). However, PCa inevitably relapses and becomes ADT resistant. Besides androgens, there is evidence that thyroid hormone thyroxine (T4) and its active form 3,5,3-triiodo-L-thyronine (T3) are involved in the progression of PCa. Epidemiologic evidence indicates a higher incidence of PCa in men with elevated thyroid hormone levels. The thyroid hormone binding protein micro-Crystallin (CRYM) mediates intracellular thyroid hormone action by sequestering T3 and blocks its binding to cognate receptors (TRa/TRb) in target tissues. We show in this study that low CRYM expression levels in PCa patient samples are associated with early BCR and poor prognosis. Moreover, we found a disease stage-specific expression of CRYM in PCa. CRYM counteracted thyroid and androgen signaling and blocked intracellular choline uptake. CRYM inversely correlated with [18F]fluoromethylcholine (FMC) levels in PET/MRI imaging of PCa patients. Our data suggest CRYM as a novel antagonist of T3 and androgen-mediated signalling. The role of CRYM could therefore be an essential control mechanism for the prevention of aggressive PCa growth.

Metastatic melanoma is hallmarked by its ability to switch oncogenic MITF expression. Here we tested the impact of STAT3 on melanoma onset and progression in association with MITF expression levels. We established a mouse melanoma model for deleting Stat3 specifically in melanocytes with specific expression of human hyperactive NRASQ61K in an Ink4a deficient background. Mice with tissue specific Stat3 deletion showed an early onset of disease, but displayed significantly diminished lung metastases. Whole genome expression profiling also revealed a reduced invasion phenotype, which was functionally confirmed in 3D melanoma model systems. Notably, loss or knockdown of STAT3 in mouse or human cells resulted in up-regulation of MITF and induction of cell proliferation. Mechanistically we show that STAT3 induced CEBPa/b expression was sufficient to suppress MITF transcription. Epigenetic analysis by ATAC-seq confirmed that STAT3 enabled CEBPa/b binding to the MITF enhancer region thereby silencing it. We conclude that STAT3 is a metastasis driver in melanoma able to antagonize the MITF oncogene via direct induction of CEBP family member transcription facilitating RAS-RAF-driven melanoma metastasis.

Abstract Prostate cancer (PCa) lethality is driven by its progression to a metastatic castration-resistant state, yet the signaling mechanisms underlying metastatic spread remain unknown. Here we show that STAT3 converges with the LKB1/mTORC1 and CREB to control metastatic disease in PCa mouse models. Unexpectedly, STAT3 was found to be upregulated in diabetic PCa patients undergoing metformin therapy with a concomitant reduction in mTORC1 expression. In preclinical mouse models of PCa, genetic ablation or activation of STAT3 had opposing effects on LKB1/AMPK/mTORC1- dependent tumorigenesis. Using genetic and pharmacological approaches, we identified LKB1 as a direct STAT3 target while repressing CREB. Furthermore, PCa patients with high CREB expression had inferior clinical outcome with significantly increased risk of disease and metastatic recurrence. We observe that castration state lowers STAT3 abundance and increases AR and CREB levels, leading to castration-resistant PCa (CRPC). Our findings revealed that STAT3 controls mTORC1 and CREB in metastatic disease, suggesting CREB as a promising target for lethal CRPC.

Prostate cancer (PCa) has a broad spectrum of clinical behaviour, hence biomarkers are urgently needed for risk stratification. We previously described the protective effect of STAT3 in a prostate cancer mouse model. By utilizing a gene co-expression network in addition to laser microdissected proteomics from human and murine prostate FFPE samples, we describe STAT3-induced downregulation of the TCA cycle/OXPHOS in PCa on transcriptomic and proteomic level. We identify pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4), a key regulator of the TCA cycle, as a promising independent prognostic marker in PCa. PDK4 predicts disease recurrence independent of diagnostic risk factors such as grading, staging and PSA level. Furthermore, PDK4 expression is causally linked to type 2 diabetes mellitus, which is known to have a protective effect on PCa. We conclude that this effect is related to PDK4 expression and that PDK4 loss could serve as a biomarker for PCa with dismal prognosis.

Abstract Prostate cancer ranks as the second most frequently diagnosed cancer in men worldwide. Recent research highlights the crucial roles GP130-mediated signaling pathways play in the development and progression of various cancers, particularly through hyperactivated STAT3 signaling. Here, we find that genetic cell-autonomous activation of the GP130 receptor in prostate epithelial cells triggers active STAT3 signaling and significantly reduces tumor growth in vivo . Mechanistically, genetic activation of GP130 signaling mediates senescence via the STAT3/ARF/p53 axis and anti-tumor immunity via recruitment of cytotoxic T-cells, ultimately impeding tumor progression. In prostate cancer patients, high GP130 mRNA expression levels correlate with better recurrence-free survival, increased senescence signals and a transition from an immune-cold to an immune-hot tumor. Our findings reveal a context-dependent role of GP130/STAT3 in carcinogenesis and a tumor-suppressive function in prostate cancer development. We challenge the prevailing concept of blocking GP130/STAT3 signaling as functional prostate cancer treatment and instead propose cell-autonomous GP130 activation as a novel therapeutic strategy.

Malignant transformation depends on genetic and epigenetic events that result in a burst of deregulated gene expression and chromatin changes. To dissect the sequence of events in this process, we used a T cell-specific lymphoma model based on the human oncogenic NPM-ALK translocation. We find that transformation of T cells shifts thymic cell populations to an undifferentiated immunophenotype, which occurs only after a period of latency, accompanied by induction of the MYC-NOTCH1 axis and deregulation of key epigenetic enzymes. We discover aberrant DNA methylation patterns, overlapping with regulatory regions, plus a high degree of epigenetic heterogeneity between individual tumors. In addition, ALK positive tumors show a loss of collaborative methylation patterns of neighboring CpG sites. Notably, deletion of the maintenance DNA methyltransferase DNMT1 completely abrogates lymphomagenesis in this model, despite oncogenic signaling through NPM-ALK, suggesting that faithful maintenance of tumor-specific methylation through DNMT1 is essential for sustained proliferation and tumorigenesis.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.