ABSTRACT Cancer stem-like cells (CSCs) are associated with cancer progression, metastasis, and recurrence, and may also represent a subset of circulating tumor cells (CTCs). In our prior study, CTCs in advanced prostate cancer patients were found to express CD117/c-kit in a liquid biopsy. Whether CD117 expression played an active or passive role in the aggressiveness and migration of these CTCs remained an open question. In this study, we show that CD117 expression in prostate cancer patients is associated with decreased overall and progression-free survival and that activation and phosphorylation of CD117 increases in prostate cancer patients with higher Gleason grades. To determine how CD117 expression and activation by its ligand stem cell factor (SCF, kit ligand, steel factor) alter prostate cancer aggressiveness, we used LNCaP-C4-2 and PC3-mm human prostate cancer cells, which contain a CD117+ subpopulation. We demonstrate that CD117+ cells display increased proliferation and migration. In prostaspheres, CD117 expression enhances sphere formation. In both 2D and 3D cultures, stemness marker gene expression is higher in CD117+ cells. Using xenograft limiting dilution assays and serial tumor initiation assays, we show that CD117+ cells represent a CSC population. Combined, these data indicate that CD117 expression potentially promotes tumor initiation and metastasis. Further, in cell lines, CD117 activation by SCF promotes faster proliferation and invasiveness, while blocking CD117 activation with tyrosine kinase inhibitors (TKIs) decreased progression in a context-dependent manner. We demonstrate that CD117 expression and activation drives prostate cancer aggressiveness through the CSC phenotype and TKI resistance.

Metastasis is the primary cause of cancer patient morbidity and mortality but due to persisting gaps in our knowledge, it remains untreatable. Metastases often occur as patients tumors progress or recur after initial therapy. Tumor recurrence at the primary site may be driven by a cancer stem-like cell or tumor progenitor cell, while recurrence at a secondary site is driven by metastatic cancer stem cells or metastasis-initiating cells. Ongoing efforts are aimed at identifying and characterizing these stem-like cells driving recurrence and metastasis. One potential marker for the cancer stem-like cell subpopulation is CD117/c-kit, a tyrosine kinase receptor associated with cancer progression and normal stem cell maintenance. In our analyses, CD117 was expressed in several tissues and was highly expressed in bone marrow progenitor cells. Also, we uncovered that CD117 gene amplifications and mutations occurred in multiple cancers. Further, activation of CD117 by its ligand stem cell factor (SCF; kit ligand) in the progenitor cell niche stimulates several signaling pathways driving proliferation, survival, and migration. These signaling pathways were commonly altered in patients with CD117 amplifications and mutations. Here, we examine evidence that the SCF/CD117 signaling axis controls cancer progression through the regulation of stemness and resistance to tyrosine kinase inhibitors.