Abstract It has been nearly 3 decades since the discovery of the BRCA1/2 genes and their link to breast cancer risk, with prophylactic mastectomy remaining the primary management option for these high-risk mutation carriers. The current paucity of interception strategies is due to undefined, targetable cancer precursor populations in the high-risk breast. Despite known cellular alterations in the BRCA1 breast, epithelial populations at the root of unwarranted cell state transitions remain unresolved. Here, we identify a root progenitor population that is dysregulated in BRCA1 carriers stemming from the metabolic role of BRCA1. This fatty-acid binding protein 7 (FABP7) expressing luminal progenitor population is spatially confined to the mammary ducts, has enhanced clonogenic capacity, and is the predicted origin of mixed basal-luminal differentiation in the BRCA1 but not BRCA2 breast. We show global H3K27 acetylation is reduced within ductal FABP7 cells in BRCA1 carriers in situ , linking to a non-canonical metabolic role of BRCA1 in regulating acetyl-CoA pools and de novo fatty acid synthesis. We demonstrate FABP7 progenitor capacity is preferentially ablated in BRCA1 carriers through inhibition of fatty acid metabolism using an FDA-approved fatty acid synthase (FASN) inhibitor. This study lays the foundation for metabolic control of breast progenitor dynamics to mitigate breast cancer risk in the BRCA1 breast.

Summary Breast cancer (BC) prognosis and outcome are adversely affected by obesity. Hyperinsulinemia, common in obese state, is associated with higher risk of death and recurrence in BC. Up to 80% of breast cancers overexpress the insulin receptor (INSR), which correlates with worse prognosis. INSR role in mammary tumorigenesis was tested by generating MMTV-driven polyoma middle T (PyMT) and ErbB2/Her2 BC mouse models, respectively, with coordinate mammary epithelium-restricted deletion of INSR . In both models, deletion of either one or both copies of INSR led to a marked delay in tumor onset and burden. Longitudinal phenotypic characterization of mouse tumours and cells revealed that INSR deletion impacted tumour initiation, not progression and metastasis. INSR upheld a bioenergetic phenotype in non-transformed mammary epithelial cells, independent of its kinase activity. Similarity of phenotypes elicited by deletion of one or both copies of INSR suggest a dose-dependent threshold for INSR impact on mammary tumorigenesis.

Abstract Deep proteomic profiling of rare cell populations has been constrained by sample input requirements. Here, we present DROPPS, an accessible low-input platform that generates high-fidelity proteomic profiles of 100 - 2,500 cells. By applying DROPPS within the mammary epithelium, we elucidated the connection between mitochondrial activity and clonogenicity, discovering and validating CD36 as a marker of progenitor capacity in the basal cell compartment. We anticipate DROPPS will accelerate biology-driven proteomic research for a multitude of rare cell populations.