Recently, two novel concepts have emerged in cancer biology: the role of so-called “cancer stem cells” in tumor initiation, and the involvement of an epithelial-mesenchymal transition (EMT) in the metastatic dissemination of epithelial cancer cells. Using a mammary tumor progression model, we show that cells possessing both stem and tumorigenic characteristics of “cancer stem cells” can be derived from human mammary epithelial cells following the activation of the Ras-MAPK pathway. The acquisition of these stem and tumorigenic characters is driven by EMT induction.

Twist1 and Twist2 are major regulators of embryogenesis. Twist1 has been shown to favor the metastatic dissemination of cancer cells through its ability to induce an epithelial-mesenchymal transition (EMT). Here, we show that a large fraction of human cancers overexpress Twist1 and/or Twist2. Both proteins override oncogene-induced premature senescence by abrogating key regulators of the p53- and Rb-dependent pathways. Twist1 and Twist2 cooperate with Ras to transform mouse embryonic fibroblasts. Interestingly, in epithelial cells, the oncogenic cooperation between Twist proteins and activated mitogenic oncoproteins, such as Ras or ErbB2, leads to complete EMT. These findings suggest an unanticipated direct link between early escape from failsafe programs and the acquisition of invasive features by cancer cells.

Abstract Immunohistochemical analysis of FOXP3 in primary breast tumors showed that a high number of tumor-infiltrating regulatory T cells (Ti-Treg) within lymphoid infiltrates surrounding the tumor was predictive of relapse and death, in contrast to those present within the tumor bed. Ex vivo analysis showed that these tumor-infiltrating FOXP3+ T cells are typical Treg based on their CD4+CD25highCD127lowFOXP3+ phenotype, their anergic state on in vitro stimulation, and their suppressive functions. These Ti-Treg could be selectively recruited through CCR4 as illustrated by (a) selective blood Treg CCR4 expression and migration to CCR4 ligands, (b) CCR4 down-regulation on Ti-Treg, and (c) correlation between Ti-Treg in lymphoid infiltrates and intratumoral CCL22 expression. Importantly, in contrast to other T cells, Ti-Treg are selectively activated locally and proliferate in situ, showing T-cell receptor engagement and suggesting specific recognition of tumor-associated antigens (TAA). Immunohistochemical stainings for ICOS, Ki67, and DC-LAMP show that Ti-Treg were close to mature DC-LAMP+ dendritic cells (DC) in lymphoid infiltrates but not in tumor bed and were activated and proliferating. Furthermore, proximity between Ti-Treg, CD3+, and CD8+ T cells was documented within lymphoid infiltrates. Altogether, these results show that Treg are selectively recruited within lymphoid infiltrates and activated by mature DC likely through TAA presentation, resulting in the prevention of effector T-cell activation, immune escape, and ultimately tumor progression. This study sheds new light on Treg physiology and validates CCR4/CCL22 and ICOS as therapeutic targets in breast tumors, which represent a major health problem. [Cancer Res 2009;69(5):2000–9]

Aberrant expression of embryonic epithelial-mesenchymal transition-inducing transcription factors (EMT-TFs) in epithelial cells triggers EMT, neoplastic transformation, stemness, and metastatic dissemination. We found that regulation and functions of EMT-TFs are different in malignant melanoma. SNAIL2 and ZEB2 transcription factors are expressed in normal melanocytes and behave as tumor-suppressor proteins by activating an MITF-dependent melanocyte differentiation program. In response to NRAS/BRAF activation, EMT-TF network undergoes a profound reorganization in favor of TWIST1 and ZEB1. This reversible switch cooperates with BRAF in promoting dedifferentiation and neoplastic transformation of melanocytes. We detected EMT-TF reprogramming in late-stage melanoma in association with enhanced phospho-ERK levels. This switch results in E-cadherin loss, enhanced invasion, and constitutes an independent factor of poor prognosis in melanoma patients.

Mutations of the p53 gene are found in hepatocellular carcinoma (HCC), the most common form of primary liver cancer. Specific mutations might reflect exposure to specific carcinogens and we have screened HCC samples from patients in 14 different countries to determine the frequency of a hotspot mutation at codon 249 of the tumour suppressor p53 gene. We detected mutations in 17% of tumours (12/72) from four countries in south Africa and the southeast coast of Asia. There was no codon 249 mutation in 95 specimens of HCC from other geographical locations including North America, Europe, Middle East, and Japan. Worldwide, the presence of the codon 249 mutation in HCCs correlated with high risk of exposure to aflatoxins and the hepatitis B virus (HBV). Further studies were completed in two groups of HBV-infected patients at different risks of exposure to aflatoxins. 53% of patients (8/15) from Mozambique at high risk of aflatoxin exposure had a tumour with a codon 249 mutation, in contrast with 8% of patients from Transkei (1/12) who were at low risk. HCC is an endemic disease in Mozambique and accounts for up to two thirds of all tumours in men. A codon 249 mutation of the p53 gene identifies an endemic form of HCC strongly associated with dietary aflatoxin intake.

Cell cycle regulation is critical for maintenance of genome integrity. A prominent factor that guarantees genomic stability of cells is p53 (ref. 1). The P53 gene encodes a transcription factor that has a role as a tumour suppressor2. Identification of p53-target genes should provide greater insight into the molecular mechanisms that mediate the tumour suppressor activities of p53. The rodent Pc3/Tis21 gene was initially described as an immediate early gene induced by tumour promoters and growth factors in PC12 and Swiss 3T3 cells3,4. It is expressed in a variety of cell and tissue types and encodes a remarkably labile protein4,5. Pc3/Tis21 has a strong sequence similarity to the human antiproliferative BTG1 gene cloned from a chromosomal transloca-tion of a B-cell chronic lymphocytic leukaemia6. This similarity led us to speculate that BTG1 and the putative human homologue of Pc3/Tis21 (named BTG2) were members of a new family of genes involved in growth control and/or differentiation. This hypothesis was recently strengthened by the identification of a new antiproliferative protein, named TOB, which shares sequence similarity with BTG1 and PC3/TIS21 (ref. 7). Here, we cloned and localized the human BTG2 gene. We show that BTG2 expression is induced through a p53-depen-dent mechanism and that BTG2 function may be relevant to cell cycle control and cellular response to DNA damage.

Inflammation is a complex physiological process triggered in response to harmful stimuli1. It involves cells of the immune system capable of clearing sources of injury and damaged tissues. Excessive inflammation can occur as a result of infection and is a hallmark of several diseases2-4. The molecular bases underlying inflammatory responses are not fully understood. Here we show that the cell surface glycoprotein CD44, which marks the acquisition of distinct cell phenotypes in the context of development, immunity and cancer progression, mediates the uptake of metals including copper. We identify a pool of chemically reactive copper(II) in mitochondria of inflammatory macrophages that catalyses NAD(H) redox cycling by activating hydrogen peroxide. Maintenance of NAD+ enables metabolic and epigenetic programming towards the inflammatory state. Targeting mitochondrial copper(II) with supformin (LCC-12), a rationally designed dimer of metformin, induces a reduction of the NAD(H) pool, leading to metabolic and epigenetic states that oppose macrophage activation. LCC-12 interferes with cell plasticity in other settings and reduces inflammation in mouse models of bacterial and viral infections. Our work highlights the central role of copper as a regulator of cell plasticity and unveils a therapeutic strategy based on metabolic reprogramming and the control of epigenetic cell states.

Abstract Potential metastatic cells can dissociate from a primary breast tumor by undergoing an epithelial-to-mesenchymal transmission (EMT). Recent work has revealed that cells in intermediate states of EMT acquire an augmented capacity for tumor-cell dissemination. These states have been characterized by molecular markers, but the structural features and the cellular mechanisms that underlie the acquisition of their invasive properties are still unknown. Using human mammary epithelial cells, we generated cells in intermediate states of EMT through the induction of a single EMT-inducing transcription factor, ZEB1, and cells in a mesenchymal state by stimulation with TGFβ. In stereotypic and spatially-defined culture conditions, the architecture, internal organization and mechanical properties of cells in the epithelial, intermediate and mesenchymal state were measured and compared. We found that the lack of intercellular cohesiveness in epithelial and mesenchymal cells can be detected early by microtubule destabilization and the repositioning of the centrosome from the cell-cell junction to the cell center. Consistent with their high migration velocities, cells in intermediate states produced low contractile forces compared with epithelial and mesenchymal cells. The high contractile forces in mesenchymal cells powered a retrograde flow pushing the nucleus away from cell adhesion to the extracellular matrix. Therefore, cells in intermediate state had structural and mechanical properties that were distinct but not necessarily intermediate between epithelial and mesenchymal cells. Based on these observations, we found that a panel of triple-negative breast cancer lines had intermediate rather than mesenchymal characteristics suggesting that the structural and mechanical properties of the intermediate state are important for understanding tumor-cell dissemination.