ABSTRACT The efficacy of chemotherapy is often hindered by the enrichment of drug-tolerant persister (DTP) cells, which are known to drive therapy resistance. Unraveling and targeting the early events leading to therapy-induced DTP cell-enrichment presents a potential avenue for innovative therapeutic strategies. In this study, we identified the activation of the Wnt/β-catenin signaling pathway as a common mechanism underlying early DTP cell-enrichment in response to different chemotherapeutic agents in Triple-negative breast cancer (TNBC). Live-imaging reveals de novo transcriptional Wnt-activation prevailing over intrinsic selection post chemotherapy. Importantly, Wnt-active (Wnt High ) cells exhibit transcriptional and functional similarities to DTP cells, such as a diapause transcriptional signature, reduced proliferation, and marked chemoresistance. The transition to a post-treatment Wnt High state is driven by increased expression of key components involved in canonical Wnt ligand-secretion and -activation. Genetic interference or concomitant, rather than sequential, pharmacologic inhibition of Wnt ligand-secretion alongside chemotherapy prevents treatment-induced Wnt High enrichment, sensitizing TNBC tumors to chemotherapy. This study enhances our understanding of the introductory mechanisms driving DTP cell-enrichment upon chemotherapy.

Abstract Triple-Negative Breast Cancer (TNBC) is the most aggressive breast cancer subtype, characterized by both limited treatment options and higher relapse rates than hormone-receptor-positive breast cancers. Chemotherapy remains the mainstay treatment for TNBC, and platinum salts have been explored as a therapeutic alternative in neo-adjuvant and metastatic settings. However, primary and acquired resistance to chemotherapy in general and platinum-based regimens specifically strongly hampers TNBC management. In this study, we used carboplatin-resistant in vivo patient-derived xenograft and isogenic TNBC cell-line models and detected enhanced Wnt/β-catenin activity correlating with an induced expression of stem cell markers in both resistant models. In accordance, the activation of canonical Wnt signaling in parental TNBC cell lines increases stem cell markers’ expression, formation of tumorspheres, and promotes carboplatin resistance. Finally, we prove that Wnt signaling inhibition resensitizes resistant models to carboplatin both in vitro and in vivo, suggesting the synergistic use of Wnt inhibitors and carboplatin as a therapeutic option in TNBC. Here we provide evidence for a prominent role of Wnt signaling in mediating resistance to carboplatin, and we establish that combinatorial targeting of Wnt signaling overcomes carboplatin resistance enhancing chemotherapeutic drug efficacy.