Hypercalcemia, caused by tumor secretion of parathyroid hormone-related protein (PTHrP), is associated with anorexia and weight loss. We demonstrate that overexpression of PTHrP by tumor cells in a transgenic model of breast cancer causes anorexia and rapid weight loss. These changes are accompanied by activation of neurons in the area postrema (AP), the nucleus tractus solitarius (NTS) and the parabrachial nucleus (PBN), a hindbrain circuit regulating food intake. Blocking hypercalcemia prevents anorexia and activation of these brain centers in tumor bearing mice, whereas injecting calcium activates the same circuit in wild-type mice. Neurons in the AP express the calcium-sensing receptor (CaSR) and the same AP/NTS/PBN circuit is stimulated by treating WT mice with cinacalcet, an allosteric activator of the CaSR. Finally, treating diet-induced obese mice with cinacalcet reduces food intake and causes weight loss. These results suggest that CaSR-expressing neurons in the AP might be a pharmacologic target for obesity.

Summary Breast cancer mortality results primarily from incurable recurrent tumors seeded by dormant, therapy-refractory residual tumor cells (RTCs). Understanding the mechanisms enabling dormant RTC survival is therefore essential for improving patient outcomes. We derived a dormancy-associated RTC signature that mirrors the transcriptional response to neoadjuvant chemotherapy in patients and is enriched for extracellular matrix-related pathways. In vivo CRISPR-Cas9 screening of dormancy-associated candidate genes identified the galactosyltransferase B3GALT6 as a functional regulator of RTC fitness. B3GALT6 covalently attaches glycosaminoglycans (GAGs) to proteins to generate proteoglycans and its germline loss-of-function causes skeletal dysplasias. We determined that B3GALT6-mediated biosynthesis of the GAG heparan sulfate predicts poor patient outcomes, promotes tumor recurrence by enhancing dormant RTC survival in multiple contexts, and does so via a B3GALT6-heparan sulfate/HS6ST1-heparan 6- O -sulfation/FGF1-FGFR2 signaling axis. These findings identify a role for B3GALT6 in cancer and suggest targeting FGF signaling as a novel approach to preventing recurrence by eradicating dormant RTCs.

Abstract Background Parathyroid hormone-related protein (PTHrP) is required for embryonic breast development and has important functions during lactation, when it is produced by alveolar epithelial cells and secreted into the maternal circulation to mobilize skeletal calcium used for milk production. PTHrP is also produced by breast cancers and GWAS studies suggest that it influences breast cancer risk. However, the exact functions of PTHrP in breast cancer biology remain unsettled. Methods We developed a tetracyline-regulated, MMTV (mouse mammary tumor virus)-driven model of PTHrP overexpression in mammary epithelial cells (Tet-PTHrP mice) and bred these mice with the MMTV-PyMT (polyoma middle tumor-antigen) breast cancer model to analyze the impact of PTHrP overexpression on normal mammary gland biology and in breast cancer progression. Results Overexpression of PTHrP in luminal epithelial cells caused alveolar hyperplasia and secretory differentiation of the mammary epithelium with milk production. This was accompanied by activation of Stat5 and increased expression of E74-like factor-5 (Elf5). In MMTV-PyMT mice, overexpression of PTHrP (Tet-PTHrP;PyMT mice) shortened tumor latency and accelerated tumor growth, ultimately reducing overall survival. Tumors overproducing PTHrP also displayed increased expression of nuclear pSTAT5 and Elf5, increased expression of markers of secretory differentiation and milk constituents, and histologically resembled secretory carcinomas of the breast. Overexpression of PTHrP within cells isolated from tumors, but not PTHrP exogenously added to cell culture media, led to activation of STAT5 and milk protein gene expression. In addition, neither ablating the Type 1 PTH/PTHrP receptor (PTH1R) in epithelial cells or treating Tet-PTHrP;PyMT mice with an anti-PTH1R antibody prevented secretory differentiation or altered tumor latency. These data suggest that PTHrP acts in a cell-autonomous, intracrine manner. Finally, expression of PTHrP in human breast cancers is associated with expression of genes involved in milk production and STAT5 signaling. Conclusions Our study suggests that PTHrP promotes pathways leading to secretory differentiation and proliferation in both normal mammary epithelial cells and in breast tumor cells.