The subclonal composition of human prostate tumours and their metastases has been mapped by whole-genome sequencing, thus establishing the evolutionary trees behind the development and spread of these cancers; an important observation was that metastases could be re-seeded multiple times, and spread from one tumour to another was frequently seen. Gunes Gundem et al. have mapped the subclonal composition of human prostate tumours and their metastases, thus establishing the evolutionary history behind the development and spread of these cancers. Importantly, they find that metastases could be re-seeded multiple times, and spread from one site of metastasis to another was frequently seen. This work sheds new light on the origin of the vast diversity of genetic and epigenetic alterations that can be seen within tumours and between primary tumours and metastases, and illustrates the clinical challenge of cancer therapy with targeted drugs. Cancers emerge from an ongoing Darwinian evolutionary process, often leading to multiple competing subclones within a single primary tumour1,2,3,4. This evolutionary process culminates in the formation of metastases, which is the cause of 90% of cancer-related deaths5. However, despite its clinical importance, little is known about the principles governing the dissemination of cancer cells to distant organs. Although the hypothesis that each metastasis originates from a single tumour cell is generally supported6,7,8, recent studies using mouse models of cancer demonstrated the existence of polyclonal seeding from and interclonal cooperation between multiple subclones9,10. Here we sought definitive evidence for the existence of polyclonal seeding in human malignancy and to establish the clonal relationship among different metastases in the context of androgen-deprived metastatic prostate cancer. Using whole-genome sequencing, we characterized multiple metastases arising from prostate tumours in ten patients. Integrated analyses of subclonal architecture revealed the patterns of metastatic spread in unprecedented detail. Metastasis-to-metastasis spread was found to be common, either through de novo monoclonal seeding of daughter metastases or, in five cases, through the transfer of multiple tumour clones between metastatic sites. Lesions affecting tumour suppressor genes usually occur as single events, whereas mutations in genes involved in androgen receptor signalling commonly involve multiple, convergent events in different metastases. Our results elucidate in detail the complex patterns of metastatic spread and further our understanding of the development of resistance to androgen-deprivation therapy in prostate cancer.

Abstract MicroRNAs (miRNA) are small, endogenously expressed noncoding RNAs that negatively regulate expression of protein-coding genes at the translational level. Accumulating evidence, such as aberrant expression of miRNAs, suggests that they are involved in the development of cancer. They have been identified in various tumor types, showing that different sets of miRNAs are usually deregulated in different cancers. To identify the miRNA signature specific for prostate cancer, miRNA expression profiling of 6 prostate cancer cell lines, 9 prostate cancer xenografts samples, 4 benign prostatic hyperplasia (BPH), and 9 prostate carcinoma samples was carried out by using an oligonucleotide array hybridization method. Differential expression of 51 individual miRNAs between benign tumors and carcinoma tumors was detected, 37 of them showing down-regulation and 14 up-regulation in carcinoma samples, thus identifying those miRNAs that could be significant in prostate cancer development and/or growth. There was a significant trend (P = 0.029) between the expression of miRNAs and miRNA locus copy number determined by array comparative genomic hybridization, indicating that genetic aberrations may target miRNAs. Hierarchical clustering of the tumor samples by their miRNA expression accurately separated the carcinomas from the BPH samples and also further classified the carcinoma tumors according to their androgen dependence (hormone naive versus hormone refractory), indicating the potential of miRNAs as a novel diagnostic and prognostic tool for prostate cancer. [Cancer Res 2007;67(13):6130–5]

The aim of this study was to investigate the hypothesis that changes in circulating microRNAs (miRs) represent potentially useful biomarkers for the diagnosis, staging and prediction of outcome in prostate cancer. Real-time polymerase chain reaction analysis of 742 miRs was performed using plasma-derived circulating microvesicles of 78 prostate cancer patients and 28 normal control individuals to identify differentially quantified miRs. A total of 12 miRs were differentially quantified in prostate cancer patients compared with controls, including 9 in patients without metastases. In all, 11 miRs were present in significantly greater amounts in prostate cancer patients with metastases compared with those without metastases. The association of miR-141 and miR-375 with metastatic prostate cancer was confirmed using serum-derived exosomes and microvesicles in a separate cohort of patients with recurrent or non-recurrent disease following radical prostatectomy. An analysis of five selected miRs in urine samples found that miR-107 and miR-574-3p were quantified at significantly higher concentrations in the urine of men with prostate cancer compared with controls. These observations suggest that changes in miR concentration in prostate cancer patients may be identified by analysing various body fluids. Moreover, circulating miRs may be used to diagnose and stage prostate cancer.

Recent sequencing studies have extensively explored the somatic alterations present in the nuclear genomes of cancers. Although mitochondria control energy metabolism and apoptosis, the origins and impact of cancer-associated mutations in mtDNA are unclear. In this study, we analyzed somatic alterations in mtDNA from 1675 tumors. We identified 1907 somatic substitutions, which exhibited dramatic replicative strand bias, predominantly C > T and A > G on the mitochondrial heavy strand. This strand-asymmetric signature differs from those found in nuclear cancer genomes but matches the inferred germline process shaping primate mtDNA sequence content. A number of mtDNA mutations showed considerable heterogeneity across tumor types. Missense mutations were selectively neutral and often gradually drifted towards homoplasmy over time. In contrast, mutations resulting in protein truncation undergo negative selection and were almost exclusively heteroplasmic. Our findings indicate that the endogenous mutational mechanism has far greater impact than any other external mutagens in mitochondria and is fundamentally linked to mtDNA replication.

Introduction The human genome is peppered with mobile repetitive elements called long interspersed nuclear element–1 (L1) retrotransposons. Propagating through RNA and cDNA intermediates, these molecular parasites copy and insert themselves throughout the genome, with potentially disruptive effects on neighboring genes or regulatory sequences. In the germ line, unique sequence downstream of L1 elements can also be retrotransposed if transcription continues beyond the repeat, a process known as 3′ transduction. There has been growing interest in retrotransposition and 3′ transduction as a possible source of somatic mutations during tumorigenesis. Rationale To explore whether 3′ transductions are frequent in cancer, we developed a bioinformatic algorithm for identifying somatically acquired retrotranspositions in cancer genomes. We applied our algorithm to 290 cancer samples from 244 patients across 12 tumor types. The unique downstream sequence mobilized with 3′ transductions effectively fingerprints the L1 source element, providing insights into the activity of individual L1 loci across the genome. Results Across the 290 samples, we identified 2756 somatic L1 retrotranspositions. Tumors from 53% of patients had at least one such event, with colorectal and lung cancers being most frequently affected (93% and 75% of patients, respectively). Somatic 3′ transductions comprised 24% of events, half of which represented mobilizations of unique sequence alone, without any accompanying L1 sequence. Overall, 95% of 3′ transductions identified derived from only 72 germline L1 source elements, with as few as four loci accounting for 50% of events. In a given sample, the same source element could generate 50 or more somatic transductions, scattered extensively across the genome. About 5% of somatic transductions arose from L1 source elements that were themselves somatic retrotranspositions. In three of the cases in which we sequenced more than one sample from a patient’s tumor, we were able to place 3′ transductions on the phylogenetic tree. We found that the activity of individual source elements fluctuated during tumor evolution, with different subclones exhibiting much variability in which elements were “on” and which were “off.” The ability to identify the individual L1 source elements active in a given tumor enabled us to study the promoter methylation of those elements specifically. We found that 3′ transduction activity in a patient’s tumor was always associated with hypomethylation of that element. Overall, 2.3% of transductions distributed exons or entire genes to other sites in the genome, and many more mobilized deoxyribonuclease I (DNAse-I) hypersensitive sites or transcription factor binding sites identified by the ENCODE project. Occasionally, somatic L1 insertions inserted near coding sequence and redistributed these exons elsewhere in the genome. However, we found no general effects of retrotranspositions on transcription levels of genes at the insertion points and no evidence for aberrant RNA species resulting from somatically acquired transposable elements. Indeed, as with germline retrotranspositions, somatic insertions exhibited a strong enrichment in heterochromatic, gene-poor regions of the genome. Conclusion Somatic 3′ transduction occurs frequently in human tumors, and in some cases transduction events can scatter exons, genes, and regulatory elements widely across the genome. Dissemination of these sequences appears to be due to a small number of highly active L1 elements, whose activity can wax and wane during tumor evolution. The majority of the retrotransposition events are likely to be harmless “passenger” mutations.

Abstract C‐ erb B‐2 protein over‐expression was studied immunohis‐tochemically in 319 paraffin‐embedded breast carcinomas representing 89% of all breast‐cancer cases operated in the Tampere University Hospital between 1977 and 1981. The immunohistochemical evaluation of c‐ erb B‐2 was optimized using protease pre‐treatment and verified using antibodies for both the external and the internal domains of the protein. c‐ erb B‐2 over‐expression was found in 72 (23%) of the 319 cases and was associated with high histological and nuclear grade ( p < 0.0001), DNA aneuploidy ( p = 0.003), high tumor S‐phase fraction ( p < 0.000l), and lack of estrogen ( p < 0.0001) and progesterone ( p = 0.03) receptors. Overall, breast‐cancer patients with c‐ erb B‐2 over‐expression had about 2.2‐fold relative risk (RR) of death ( p < 0.001) as compared with those without over‐expression. According to a multivariate analysis, c‐ erb B‐2 over‐expression was an independent prognostic factor in the whole material as well as in the node‐negative sub‐set. In node‐negative breast‐cancer tumor size, S‐phase and c‐ erb B‐2 status defined a large patient group with only 4% 5‐year and 15% 10‐year mortality rate without adjuvant therapy. In comparison with c‐ erb B‐2‐negative tumors, those with over‐expression of this gene metastasized 3 times more often ( p = 0.0002) to the lungs, liver and brain and 3 times less often to the bone. Our findings suggest that the prognostic value of c‐ erb B‐2 over‐expression may be related not only to increased cell proliferation rate but also to a distinctive pattern of metastasis.

Prostate cancer (PCa) is the most frequent male malignancy and the second most common cause of cancer-related death in Western countries. Current clinical and pathological methods are limited in the prediction of postoperative outcome. It is becoming increasingly evident that small non-coding RNA (ncRNA) species are associated with the development and progression of this malignancy. To assess the diversity and abundance of small ncRNAs in PCa, we analyzed the composition of the entire small transcriptome by Illumina/Solexa deep sequencing. We further analyzed the microRNA (miRNA) expression signatures of 102 fresh-frozen patient samples during PCa progression by miRNA microarrays. Both platforms were cross-validated by quantitative reverse transcriptase–PCR. Besides the altered expression of several miRNAs, our deep sequencing analyses revealed strong differential expression of small nucleolar RNAs (snoRNAs) and transfer RNAs (tRNAs). From microarray analysis, we derived a miRNA diagnostic classifier that accurately distinguishes normal from cancer samples. Furthermore, we were able to construct a PCa prognostic predictor that independently forecasts postoperative outcome. Importantly, the majority of miRNAs included in the predictor also exhibit high sequence counts and concordant differential expression in Illumina PCa samples, supported by quantitative reverse transcriptase–PCR. Our findings provide miRNA expression signatures that may serve as an accurate tool for the diagnosis and prognosis of PCa.

BACKGROUND Extracellular vesicles (EVs) are cell-derived membrane vesicles. EVs contain several RNAs such as mRNA, microRNAs, and ncRNAs, but less is known of their genomic DNA (gDNA) content. It is also unknown whether the DNA cargo is randomly sorted or if it is systematically packed into specific EV subpopulations. The aim of this study was to analyze whether different prostate cancer (PCa) cell-derived EV subpopulations (apoptotic bodies, microvesicles, and exosomes) carry different gDNA fragments. METHODS EV subpopulations were isolated from three PCa cell lines (LNCaP, PC-3, and RC92a/hTERT) and the plasma of PCa patients and healthy donors, and characterized by transmission electron microscopy, nanoparticle tracking analysis and total protein content. gDNA fragments of different genes were detected by real time quantitative PCR and confirmed by DNA sequencing. RESULTS We report that the concentration of EVs was higher in the cancer patients than in the healthy controls. EV subpopulations differed from each other in terms of total protein and DNA content. Analysis of gDNA fragments of MLH1, PTEN, and TP53 genes from the PCa cell-derived EV subpopulations showed that different EVs carried different gDNA content, which could even harbor specific mutations. Altogether, these results suggest that both nucleic acids and proteins are selectively and cell-dependently packed into the EV subtypes. CONCLUSIONS EVs derived from PCa cell lines and human plasma samples contain double-stranded gDNA fragments which could be used to detect specific mutations, making EVs potential biomarkers for cancer diagnostics and prognostics. Prostate 74:1379–1390, 2014. © 2014 The Authors. The Prostate published by Wiley Periodicals, Inc.