Abstract The androgen receptor (AR) is a ligand-responsive transcription factor that binds at enhancers to drive terminal differentiation of the prostatic luminal epithelia. By contrast, in tumors originating from these cells, AR chromatin occupancy is extensively reprogrammed to drive hyper-proliferative, metastatic, or therapy-resistant phenotypes, the molecular mechanisms of which remain poorly understood. Here, we show that the tumor-specific enhancer circuitry of AR is critically reliant on the activity of Nuclear Receptor Binding SET Domain Protein 2 (NSD2), a histone 3 lysine 36 di-methyltransferase. NSD2 expression is abnormally gained in prostate cancer cells and its functional inhibition impairs AR trans-activation potential through partial off-loading from over 40,000 genomic sites, which is greater than 65% of the AR tumor cistrome. The NSD2-dependent AR sites distinctly harbor a chimeric AR-half motif juxtaposed to a FOXA1 element. Similar chimeric motifs of AR are absent at the NSD2-independent AR enhancers and instead contain the canonical palindromic motifs. Meta-analyses of AR cistromes from patient tumors uncovered chimeric AR motifs to exclusively participate in tumor-specific enhancer circuitries, with a minimal role in the physiological activity of AR. Accordingly, NSD2 inactivation attenuated hallmark cancer phenotypes that were fully reinstated upon exogenous NSD2 re-expression. Inactivation of NSD2 also engendered increased dependency on its paralog NSD1, which independently maintained AR and MYC hyper-transcriptional programs in cancer cells. Concordantly, a dual NSD1/2 PROTAC degrader, called LLC0150, was preferentially cytotoxic in AR-dependent prostate cancer as well as NSD2-altered hematologic malignancies. Altogether, we identify NSD2 as a novel subunit of the AR neo -enhanceosome that wires prostate cancer gene expression programs, positioning NSD1/2 as viable paralog co-targets in advanced prostate cancer.

Abstract Androgen receptor (AR) is a ligand-responsive transcription factor that drives terminal differentiation of the prostatic luminal epithelia. By contrast, in tumors originating from these cells, AR chromatin occupancy is extensively reprogrammed to activate malignant phenotypes, the molecular mechanisms of which remain unknown. Here, we show that tumor-specific AR enhancers are critically reliant on H3K36 dimethyltransferase activity of NSD2. NSD2 expression is abnormally induced in prostate cancer, where its inactivation impairs AR transactivation potential by disrupting over 65% of its cistrome. NSD2-dependent AR sites distinctively harbor the chimeric FOXA1:AR half-motif, which exclusively comprise tumor-specific AR enhancer circuitries defined from patient specimens. NSD2 inactivation also engenders increased dependency on the NSD1 paralog, and a dual NSD1/2 PROTAC degrader is preferentially cytotoxic in AR-dependent prostate cancer models. Altogether, we characterize NSD2 as an essential AR neo-enhanceosome subunit that enables its oncogenic activity, and position NSD1/2 as viable co-targets in advanced prostate cancer.

Abstract Biomaterials, like polydimethylsiloxane (PDMS), are soft, biocompatible, and tuneable, which makes them useful to delineate specific substrate factors that regulate the complex landscape of cell-substrate interactions. We used a commercial formulation of PDMS to fabricate substrates with moduli 40 kPa, 300 kPa, and 1.5 MPa, and cultured HMF3S fibroblasts on them. Gene expression analysis was performed by RT-PCR and Western blotting. Cellular and nuclear morphologies were analyzed using confocal imaging, and MMP-2 and MMP-9 activities were determined with gelatin zymography. Results, comparing mechanotransduction on PDMS substrates with control petridishes, show that substrate stiffness modulates cell morphologies and proliferations. Cell nuclei were rounded on compliant substrates and correlated with increased tubulin expression. Proliferations were higher on stiffer substrates with cell cycle arrest on softer substrates. Integrin α5 expression decreased on lower stiffness substrates, and correlated with inefficient TGF-β activation. Changes to the activated state of the fibroblast on higher stiffness substrates were linked to altered TGF-β secretion. Collagen I, collagen III, and MMP-2 expression levels were lower on compliant PDMS substrates as compared to stiffer ones; there was little MMP-9 activity on substrates. These results demonstrate critical feedback mechanisms between substrate stiffness and ECM regulation by fibroblasts which is highly relevant in diseases like tissue fibrosis.