Proliferation in the setting of longstanding chronic inflammation appears to predispose to carcinoma in the liver, large bowel, urinary bladder, and gastric mucosa. Focal prostatic atrophy, which is associated with chronic inflammation, is highly proliferative (Ruska et al, Am J Surg Pathol 1998, 22:1073-1077); thus the focus of this study was to more fully characterize the phenotype of the atrophic cells to assess the feasibility of the proposal that they may be targets of neoplastic transformation. The pi-class glutathione S-transferase (GSTP1), a carcinogen-detoxifying enzyme, is not expressed in >90% of prostate carcinomas (CaPs). GSTP1 promoter hypermethylation, which appears to permanently silence transcription, is the most frequently detected genomic alteration in CaP (Lee et al, Proc Natl Acad Sci USA 1994, 91:11733-11737; >90% of cases). In high-grade prostatic intraepithelial neoplasia (PIN), this alteration is present in at least 70% of cases (Brooks et al, Cancer Epidemiol Biomarkers Prev, 1998, 7:531-536). Although normal-appearing prostate secretory cells rarely express GSTP1, they remain capable of expression, inasmuch as GSTP1 promoter hypermethylation is not detected in normal prostate. Fifty-five lesions from paraffin-embedded prostatectomy specimens (n = 42) were stained for GSTP1, using immunohistochemistry. Adjacent sections were stained for p27(Kip1), Ki-67, androgen receptor (AR), prostate-specific antigen (PSA), prostate-specific acid phosphatase (PSAP), Bcl-2, and basal cell-specific cytokeratins (34betaE12). With normal prostate epithelium as the internal standard, staining was scored for each marker in the atrophic epithelium. The lesions showed two cell types, basal cells staining positive for 34betaE12, and atrophic secretory-type cells staining weakly negative for 34betaE12. All lesions showed elevated levels of Bcl-2 in many of the secretory-type cells. All lesions had an elevated staining index for the proliferation marker Ki-67 in the secretory layer and decreased expression of p27(Kip1), a finding reminiscent of high-grade PIN (De Marzo et al, Am J Pathol 1998, 153:911-919). Consistent with partial secretory cell differentiation, the luminal cells showed weak to moderate staining for androgen receptor and the secretory proteins PSA and PSAP. All atrophic lesions showed elevated GSTP1 expression in many of the luminal secretory-type cells. Because all lesions are hyperproliferative, are associated with inflammation, and have the distinct morphological appearance recognized as prostatic atrophy, we suggest the term "proliferative inflammatory atrophy" (PIA). Elevated levels of GSTP1 may reflect its inducible nature in secretory cells, possibly in response to increased electrophile or oxidant stress. Elevated Bcl-2 expression may be responsible for the very low apoptotic rate in PIA and is consistent with the conclusion that PIA is a regenerative lesion. We discuss our proposal to integrate the atrophy and high-grade PIN hypotheses of prostate carcinogenesis by suggesting that atrophy may give rise to carcinoma either directly, as previously postulated, or indirectly by first developing into high-grade PIN.

Three monoclonal antibodies (AE1, AE2, and AE3) were prepared against human epidermal keratins and used to study keratin expression during normal epidermal differentiation. Immunofluorescence staining data suggested that the antibodies were specific for keratin-type intermediate filaments. The reactivity of these antibodies to individual human epidermal keratin polypeptides (65-67, 58, 56, and 50 kdaltons) was determined by the immunoblot technique. AE1 reacted with 56 and 50 kdalton keratins, AE2 with 65-67 and 56-kdalton keratins, and AE3 with 65-67 and 58 kdalton keratins. Thus all major epidermal keratins were recognized by at least one of the monoclonal antibodies. Moreover, common antigenic determinants were present in subsets of epidermal keratins. To correlate the expression of specific keratins with different stages of in vivo epidermal differentiation, the antibodies were used for immunohistochemical staining of frozen skin sections. AE1 reacted with epidermal basal cells, AE2 with cells above the basal layer, and AE3 with the entire epidermis. The observation that AE1 and AE2 antibodies (which recognized a common 56 kdalton keratin) stained mutually exclusive parts of the epidermis suggested that certain keratin antigens must be masked in situ. This was shown to be the case by direct analysis of keratins extracted from serial, horizontal skin sections using the immunoblot technique. The results from these immunohistochemical and biochemical approaches suggested that: (a) the 65- to 67-kdalton keratins were present only in cells above the basal layer, (b) the 58-kdalton keratin was detected throughout the entire epidermis including the basal layer, (c) the 56-kdalton keratin was absent in the basal layer and first appeared probably in the upper spinous layer, and (d) the 50-kdalton keratin was the only other major keratin detected in the basal layer and was normally eliminated during s. corneum formation. The 56 and 65-67-kdalton keratins, which are characteristic of epidermal cells undergoing terminal differentiation, may be regarded as molecular markers for keratinization.

We have prepared three monoclonal antibodies against human epidermal keratins. These antibodies were highly specific for keratins and, in combination, recognized all major epidermal keratins of several mammalian species. We have used these antibodies to study the tissue distribution of epidermis-related keratins. In various mammalian epithelia, the antibodies recognized seven classes of keratins defined by their immunological reactivity and size. The 40, 46 and 52 kilodalton (kd) keratin classes were present In almost all epithelia; the 50 kd and 58 kd keratin classes were detected in all stratified squamous epithelia, but not in any simple epithelia; and the 56 kd and 65–67 kd keratin classes were unique to keratinized epidermis. Thus the expression of specific keratin classes appeared to correlate with different types of epithelial differentiation (simple versus stratified; keratinized versus nonkeratinized).

Srinivasan Yegnasubramanian and colleagues show that androgen signaling promotes recruitment of androgen receptor and TOP2B to sites of TMPRSS2-ERG genomic breakpoints, triggering TOP2B-mediated double-strand breaks. These findings provide insights into the mechanism underlying this common prostate cancer gene fusion event. DNA double-strand breaks (DSBs) can lead to the development of genomic rearrangements, which are hallmarks of cancer. Fusions between TMPRSS2, encoding the transmembrane serine protease isoform 2, and ERG, encoding the v-ets erythroblastosis virus E26 oncogene homolog, are among the most common oncogenic rearrangements observed in human cancer. We show that androgen signaling promotes co-recruitment of androgen receptor and topoisomerase II beta (TOP2B) to sites of TMPRSS2-ERG genomic breakpoints, triggering recombinogenic TOP2B-mediated DSBs. Furthermore, androgen stimulation resulted in de novo production of TMPRSS2-ERG fusion transcripts in a process that required TOP2B and components of the DSB repair machinery. Finally, unlike normal prostate epithelium, prostatic intraepithelial neoplasia cells showed strong coexpression of androgen receptor and TOP2B. These findings implicate androgen-induced TOP2B-mediated DSBs in generating TMPRSS2-ERG rearrangements.

Infection with certain types of human papillomaviruses (HPV) is highly associated with carcinomas of the human uterine cervix. However, HPV infection alone does not appear to be sufficient for the process of malignant transformation, suggesting the requirement of additional cellular events. After DNA damage, normal mammalian cells exhibit G1 cell-cycle arrest and inhibition of replicative DNA synthesis. This mechanism, which requires wild-type p53, presumably allows cells to undertake DNA repair and avoid the fixation of mutations. We directly tested whether the normal response of cervical epithelial cells to DNA damage may be undermined by interactions between the E6 protein expressed by oncogenic HPV types and wild-type p53. We treated primary keratinocytes with the DNA-damaging agent actinomycin D and demonstrated inhibition of replicative DNA synthesis and a significant increase in p53 protein levels. In contrast, inhibition of DNA synthesis and increases in p53 protein did not occur after actinomycin D treatment of keratinocytes immortalized with HPV16 E6/E7 or in cervical carcinoma cell lines containing HPV16, HPV18, or mutant p53 alone. To test the effects of E6 alone on the cellular response to DNA damage, HPV16 E6 was expressed in the carcinoma cell line RKO, resulting in undetectable baseline levels of p53 protein and loss of the G1 arrest that normally occurs in these cells after DNA damage. These findings demonstrate that oncogenic E6 can disrupt an important cellular response to DNA damage mediated by p53 and may contribute to the subsequent accumulation of genetic changes associated with cervical tumorigenesis.

Aberrant DNA methylation patterns may be the earliest somatic genome changes in prostate cancer. Using real-time methylation-specific PCR, we assessed the extent of hypermethylation at 16 CpG islands in DNA from seven prostate cancer cell lines (LNCaP, PC-3, DU-145, LAPC-4, CWR22Rv1, VCaP, and C42B), normal prostate epithelial cells, normal prostate stromal cells, 73 primary prostate cancers, 91 metastatic prostate cancers, and 25 noncancerous prostate tissues. We found that CpG islands at GSTP1, APC, RASSF1a, PTGS2, and MDR1 were hypermethylated in >85% of prostate cancers and cancer cell lines but not in normal prostate cells and tissues; CpG islands at EDNRB, ESR1, CDKN2a, and hMLH1 exhibited low to moderate rates of hypermethylation in prostate cancer tissues and cancer cell lines but were entirely unmethylated in normal tissues; and CpG islands at DAPK1, TIMP3, MGMT, CDKN2b, p14/ARF, and CDH1 were not abnormally hypermethylated in prostate cancers. Receiver operator characteristic curve analyses suggested that CpG island hypermethylation changes at GSTP1, APC, RASSF1a, PTGS2, and MDR1 in various combinations can distinguish primary prostate cancer from benign prostate tissues with sensitivities of 97.3-100% and specificities of 92-100%. Hypermethylation of the CpG island at EDNRB was correlated with the grade and stage of the primary prostate cancers. PTGS2 CpG island hypermethylation portended an increased risk of recurrence. Furthermore, CpG island hypermethylation patterns in prostate cancer metastases were very similar to the primary prostate cancers and tended to show greater differences between cases than between anatomical sites of metastasis.

Recent controversies surrounding prostate cancer overtreatment emphasize the critical need to delineate the molecular features associated with progression to lethal metastatic disease. Here, we have used whole-genome sequencing and molecular pathological analyses to characterize the lethal cell clone in a patient who died of prostate cancer. We tracked the evolution of the lethal cell clone from the primary cancer to metastases through samples collected during disease progression and at the time of death. Surprisingly, these analyses revealed that the lethal clone arose from a small, relatively low-grade cancer focus in the primary tumor, and not from the bulk, higher-grade primary cancer or from a lymph node metastasis resected at prostatectomy. Despite being limited to one case, these findings highlight the potential importance of developing and implementing molecular prognostic and predictive markers, such as alterations of tumor suppressor proteins PTEN or p53, to augment current pathological evaluation and delineate clonal heterogeneity. Furthermore, this case illustrates the potential need in precision medicine to longitudinally sample metastatic lesions to capture the evolving constellation of alterations during progression. Similar comprehensive studies of additional prostate cancer cases are warranted to understand the extent to which these issues may challenge prostate cancer clinical management.

We have developed a cell-free system that induces the morphological transformations characteristic of apoptosis in isolated nuclei. The system uses extracts prepared from mitotic chicken hepatoma cells following a sequential S phase/M phase synchronization. When nuclei are added to these extracts, the chromatin becomes highly condensed into spherical domains that ultimately extrude through the nuclear envelope, forming apoptotic bodies. The process is highly synchronous, and the structural changes are completed within 60 min. Coincident with these morphological changes, the nuclear DNA is cleaved into a nucleosomal ladder. Both processes are inhibited by Zn2+, an inhibitor of apoptosis in intact cells. Nuclear lamina disassembly accompanies these structural changes in added nuclei, and we show that lamina disassembly is a characteristic feature of apoptosis in intact cells of mouse, human and chicken. This system may provide a powerful means of dissecting the biochemical mechanisms underlying the final stages of apoptosis.

Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) gene-transduced, irradiated tumor vaccines induce potent, T-cell-mediated antitumor immune responses in preclinical models. We report the initial results of a Phase I trial evaluating this strategy for safety and the induction of immune responses in patients with metastatic renal cell carcinoma (RCC). Patients were treated in a randomized, double-blind dose-escalation study with equivalent doses of autologous, irradiated RCC vaccine cells with or without ex vivo human GM-CSF gene transfer. The replication-defective retroviral vector MFG was used for GM-CSF gene transfer. No dose-limiting toxicities were encountered in 16 fully evaluable patients. GM-CSF gene-transduced vaccines were equivalent in toxicity to nontransduced vaccines up to the feasible limits of autologous tumor vaccine yield. No evidence of autoimmune disease was observed. Biopsies of intradermal sites of injection with GM-CSF gene-transduced vaccines contained distinctive macrophage, dendritic cell, eosinophil, neutrophil, and T-cell infiltrates similar to those observed in preclinical models of efficacy. Histological analysis of delayed-type hypersensitivity responses in patients vaccinated with GM-CSF-transduced vaccines demonstrated an intense eosinophil infiltrate that was not observed in patients who received nontransduced vaccines. An objective partial response was observed in a patient treated with GM-CSF gene-transduced vaccine who displayed the largest delayed-type hypersensitivity conversion. No replication-competent retrovirus was detected in vaccinated patients. This Phase I study demonstrated the feasibility, safety, and bioactivity of an autologous GM-CSF gene-transduced tumor vaccine for RCC patients.

Michael C. Haffner 1 , Alcides Chaux 2 , Alan K. Meeker 1,2,3 , David M. Esopi 1 , Jonathan Gerber 4 , Laxmi G. Pellakuru 2 , Antoun Toubaji 2 , Pedram Argani 1,2 , Christine Iacobuzio-Donahue 1,2 , William G. Nelson 1,2,3 , George J. Netto 1,2,3 , Angelo M. De Marzo 1,2,3 , Srinivasan Yegnasubramanian 1 1 Sidney Kimmel Comprehensive Cancer Center, Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, USA 2 Department of Pathology, Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, USA 3 Brady Urological Institute, Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, USA 4 Department of Medicine, Division of Hematology, School of Medicine, Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, USA Received: September 1, 2011; Accepted: September 1, 2011; Published: September 2, 2011; Keywords: 5-hydroxymethylcytosine, 5hmC, DNA methylation, differentiation, cancer, tissue stem / progenitor cells Correspondence: Srinvasan Yegnasubramanian, email: // // Abstract DNA methylation at the 5-position of cytosines (5mC) represents an important epigenetic modification involved in tissue differentiation and is frequently altered in cancer. Recent evidence suggests that 5mC can be converted to 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) in an enzymatic process involving members of the TET protein family. Such 5hmC modifications are known to be prevalent in DNA of embryonic stem cells and in the brain, but the distribution of 5hmC in the majority of embryonic and adult tissues has not been rigorously explored. Here, we describe an immunohistochemical detection method for 5hmC and the application of this technique to study the distribution of 5hmC in a large set of mouse and human tissues. We found that 5hmC was abundant in the majority of embryonic and adult tissues. Additionally, the level of 5hmC closely tracked with the differentiation state of cells in hierarchically organized tissues. The highest 5hmC levels were observed in terminally differentiated cells, while less differentiated tissue stem/progenitor cell compartments had very low 5hmC levels. Furthermore, 5hmC levels were profoundly reduced in carcinoma of the prostate, breast and colon compared to normal tissues. Our findings suggest a distinct role for 5hmC in tissue differentiation, and provide evidence for its large-scale loss in cancers.