ABSTRACT Worldwide, the number of new ovarian cancer cases approaches 300,000 with more than 180,000 deaths every year. The low survival-rate reflects the limitations of current therapies and highlights the importance of identifying new therapeutic targets. Despite significant recent efforts to identify novel vulnerabilities in ovarian cancer, none have led to effective durable therapies with improvement in overall survival. PAX8, a lineage-transcription factor, whose expression is a major molecular feature of ovarian carcinomas, represents a novel therapeutic target. Herein, we have identified SOX17 as a bona fide PAX8-interacting partner and elucidated the impact of this interaction on the development of ovarian cancer. Importantly, we found that PAX8 and SOX17 regulate tumor angiogenesis in vitro and in vivo . The role of PAX8 and SOX17 in the regulation of angiogenesis reveals a novel function for these factors in regulating the tumor microenvironment and highlight this pathway as a viable therapeutic target.

ABSTRACT Transcriptional regulation is highly disease and cell-type specific. We performed H3K27ac chromatin immunoprecipitation and transcriptomic sequencing in primary tumors for the four different subtypes of invasive epithelial ovarian cancer (OC). Histotype-specific regulatory elements (REs) were enriched in enhancers (P<0.001). In silico prediction of putative target genes for histotype-specific REs identified genes ( WFDC2 , P=5.5×10 -5 ) and pathways (PI3K-Akt signaling, P<0.002) known to be involved in OC development. Some genes (e.g. PAX8 and CA125 ) are associated with super-enhancers (SEs) in all OCs, while others are histotype-specific, including PPP1R3B which is associated with SEs specific to clear cell OC. Integrated analysis of active chromatin landscapes with somatic single nucleotide variants (SNVs) from whole genome sequencing (WGS) of 232 primary OCs identified frequently mutated REs, including the KLF6 promoter (P=8.2×10 -8 ) and a putative enhancer at chromosome 6p22.1 (P<0.05). In high-grade serous OCs, somatic SNVs clustered in binding sites for the PAX8 binding partner TEAD4 (P=6×10 -11 ), while the collection of cis regulatory elements associated with PAX8 was the most frequently mutated set of enhancers in OC (P=0.003). Functional analyses supported our findings: Knockdown of PPP1R3B in clear cell OC cells significantly reduced intracellular glycogen content, a signature feature of this histotype; and stable knockout of a 635 bp region in the 6p22.1 enhancer induced downregulation of two predicted target genes, ZSCAN16 and ZSCAN12 (P=6.6 x 10 -4 and P=0.02). In summary, we have characterized histotype-specific epigenomic and transcriptomic landscapes in OC and defined likely functional REs based on somatic mutation analysis of ovarian tumors.

Abstract RNA molecules function as messengers or noncoding adaptor molecules, structural components, and regulators of genome organization and gene expression. Their roles and regulation are mediated by other molecules they interact with, especially RNA binding proteins (RBPs). Here we report RNA proximity labeling (RPL), an RNA-centric method based on fusion of an endonuclease-deficient Type VI CRISPR-Cas protein (dCas13b) and engineered ascorbate peroxidase (APEX2) to discover in vivo target RNA proximal proteins (RPPs) through proximity-based biotinylation. U1 RPPs enriched by proximity-based biotinylation included both U1 snRNA canonical and noncanonical functions-related proteins. In addition, profiling of poly(A) tail proximal proteins uncovered expected categories of RBPs for poly(A) tails and also provided novel evidence for poly(A)+ RNA 5’-3’ proximity and expanded subcellular localizations. Our results suggest that RPL is a rapid approach for identifying both interacting and neighboring proteins associated with target RNA molecules in their native cellular contexts.

Abstract Lineage plasticity, the ability of a cell to alter its identity, is an increasingly common mechanism of adaptive resistance to targeted therapy in cancer 1,2 . An archetypal example is the development of neuroendocrine prostate cancer (NEPC) after treatment of prostate adenocarcinoma (PRAD) with inhibitors of androgen signaling. NEPC is an aggressive variant of prostate cancer that aberrantly expresses genes characteristic of neuroendocrine (NE) tissues and no longer depends on androgens. To investigate the epigenomic basis of this resistance mechanism, we profiled histone modifications in NEPC and PRAD patient-derived xenografts (PDXs) using chromatin immunoprecipitation and sequencing (ChIP-seq). We identified a vast network of cis -regulatory elements (N~15,000) that are recurrently activated in NEPC. The FOXA1 transcription factor (TF), which pioneers androgen receptor (AR) chromatin binding in the prostate epithelium 3,4 , is reprogrammed to NE-specific regulatory elements in NEPC. Despite loss of dependence upon AR, NEPC maintains FOXA1 expression and requires FOXA1 for proliferation and expression of NE lineage-defining genes. Ectopic expression of the NE lineage TFs ASCL1 and NKX2-1 in PRAD cells reprograms FOXA1 to bind to NE regulatory elements and induces enhancer activity as evidenced by histone modifications at these sites. Our data establish the importance of FOXA1 in NEPC and provide a principled approach to identifying novel cancer dependencies through epigenomic profiling.

ABSTRACT Genome-wide association studies (GWASs) have identified thousands of genetic variants associated with common polygenic traits. The candidate causal risk variants reside almost exclusively in noncoding regions of the genome and the underlying mechanisms remain elusive for most. Innovative approaches are necessary to understand their biological function. Multimarker analysis of genomic annotation (MAGMA) is a widely used program that nominates candidate risk genes by mapping single-nucleotide polymorphism (SNP) summary statistics from genome-wide association studies to gene bodies. We augmented MAGMA into chromatin-MAGMA (chromMAGMA), a novel method to nominate candidate risk genes based on the presence of risk variants within noncoding regulatory elements (REs). We applied chromMAGMA to a genetic susceptibility dataset for epithelial ovarian cancer (EOC), a rare gynecologic malignancy characterized by high mortality. Disease-specific RE landscapes were defined using H3K27ac chromatin immunoprecipitation-sequence data. This identified 155 unique candidate EOC risk genes across five EOC histotypes; 83% (105/127) of high-grade serous ovarian cancer risk genes had not previously been implicated in this EOC histotype. Risk genes nominated by chromMAGMA converged on mRNA splicing and transcriptional dysregulation pathways. chromMAGMA is a pipeline that nominates candidate risk genes through a gene regulation-focused approach and helps interpret the biological mechanism of noncoding risk variants in complex diseases.

Historically, high-grade serous ovarian cancers (HGSOCs) were thought to arise from ovarian surface epithelial cells (OSECs) but recent data implicate fallopian tube secretory epithelial cells (FTSECs) as the major precursor. We performed transcriptomic and epigenomic profiling to characterize molecular similarities between OSECs, FTSECs and HGSOCs. Transcriptomic signatures of FTSECs were preserved in most HGSOCs reinforcing FTSECs as the predominant cell-of-origin; though an OSEC-like signature was associated with increased chemosensitivity (Padj = 0.03) and was enriched in proliferative-type tumors, suggesting a dualistic model for HGSOC origins. More super-enhancers (SEs) were shared between FTSECs and HGSOCs than between OSECS and HGSOCs (P < 2.2 x 10-16). SOX18, ELF3 and EHF transcription factors (TFs) coincided with HGSOC SEs and represent putative novel drivers of tumor development. Our integrative analyses support a predominantly fallopian origin for HGSOCs and indicate tumorigenesis may be driven by different TFs according to cell-of-origin.

Quantifying the functional effects of complex disease risk variants can provide insights into mechanisms underlying disease biology. Genome wide association studies (GWAS) have identified 39 regions associated with risk of epithelial ovarian cancer (EOC). The vast majority of these variants lie in the non-coding genome, suggesting they mediate their function through the regulation of gene expression by their interaction with tissue specific regulatory elements (REs). In this study, by intersecting germline genetic risk data with regulatory landscapes of active chromatin in ovarian cancers and their precursor cell types, we first estimated the heritability explained by known common low penetrance risk alleles. The narrow sense heritability (h_g^2) of both EOC overall and high grade serous ovarian cancer (HGSOCs) was estimated to be 5-6%. Partitioned SNP-heritability across broad functional categories indicated a significant contribution of regulatory elements to EOC heritability. We collated epigenomic profiling data for 77 cell and tissue types from public resources (Roadmap Epigenomics and ENCODE), and H3K27Ac ChIP-Seq data generated in 26 ovarian cancer-relevant cell types. We identified significant enrichment of risk SNPs in active REs marked by H3K27Ac in HGSOCs. To further investigate how risk SNPs in active REs influence predisposition to ovarian cancer, we used motifbreakR to predict the disruption of transcription factor binding sites. We identified 469 candidate causal risk variants in H3K27Ac peaks that break TF motifs (enrichment P-Value < 1x10-5 compared to control variants). The most frequently broken motif was REST (P-Value = 0.0028), which has been reported as both a tumor suppressor and an oncogene. These systematic functional annotations with epigenomic data highlight the specificity of the regulatory landscape and demonstrate functional annotation of germline risk variants is most informative when performed in highly relevant cell types.

The function of critical developmental regulators can be subverted by cancer cells to control expression of oncogenic transcriptional programs. These "master transcription factors" (MTFs) are often essential for cancer cell survival and represent vulnerabilities that can be exploited therapeutically. The current approaches to identify candidate MTFs examine super-enhancer associated transcription factor-encoding genes with high connectivity in network models. This relies on chromatin immunoprecipitation-sequencing (ChIP-seq) data, which is technically challenging to obtain from primary tumors, and is currently unavailable for many cancer types and clinically relevant subtypes. In contrast, gene expression data are more widely available, especially for rare tumors and subtypes where MTFs have yet to be discovered. We have developed a predictive algorithm called CaCTS (Cancer Core Transcription factor Specificity) to identify candidate MTFs using pan-cancer RNA-sequencing data from The Cancer Genome Atlas. The algorithm identified 273 candidate MTFs across 34 tumor types and recovered known tumor MTFs. We also made novel predictions, including for cancer types and subtypes for which MTFs have not yet been characterized. Clustering based on MTF predictions reproduced anatomic groupings of tumors that share 1-2 lineage-specific candidates, but also dictated functional groupings, such as a squamous group that comprised five tumor subtypes sharing 3 common MTFs. PAX8, SOX17, and MECOM were candidate factors in high-grade serous ovarian cancer (HGSOC), an aggressive tumor type where the core regulatory circuit is currently uncharacterized. PAX8, SOX17, and MECOM are required for cell viability and lie proximal to super-enhancers in HGSOC cells. ChIP-seq revealed that these factors co-occupy HGSOC regulatory elements globally and co-bind at critical gene loci including MUC16 (CA-125). Addiction to these factors was confirmed in studies using THZ1 to inhibit transcription in HGSOC cells, suggesting early down-regulation of these genes may be responsible for cytotoxic effects of THZ1 on HGSOC models. Identification of MTFs across 34 tumor types and 140 subtypes, especially for those with limited understanding of transcriptional drivers paves the way to therapeutic targeting of MTFs in a broad spectrum of cancers.

The transcription factors MECOM, PAX8, SOX17 and WT1 are candidate master regulators of high-grade serous 'ovarian' cancer (HGSC), yet their cooperative role in the hypothesized tissue of origin, the fallopian tube secretory epithelium (FTSEC) is unknown. We generated 26 epigenome (CUT&TAG, CUT&RUN, ATAC-seq and HiC) data sets and 24 profiles of RNA-seq transcription factor knock-down followed by RNA sequencing in FTSEC and HGSC models to define binding sites and gene sets regulated by these factors in cis and trans . This revealed that MECOM, PAX8, SOX17 and WT1 are lineage-enriched, super-enhancer associated master regulators whose cooperative DNA-binding patterns and target genes are re-wired during tumor development. All four TFs were indispensable for HGSC clonogenicity and survival but only depletion of PAX8 and WT1 impaired FTSEC cell survival. These four TFs were pharmacologically inhibited by transcriptional inhibitors only in HGSCs but not in FTSECs. Collectively, our data highlights that tumor-specific epigenetic remodeling is tightly related to MECOM, PAX8, SOX17 and WT1 activity and these transcription factors are targetable in a tumor-specific manner through transcriptional inhibitors.

ABSTRACT Common genetic variation in a region on chromosome 15q26 confers susceptibility to breast and ovarian cancer. The P53 interacting gene RCCD1 in this region is a candidate susceptibility gene for both cancers. In this study, a colocalization analysis of breast and ovarian cancer case-control genetic association studies in over 145,000 and 146,000 controls fine mapped the shared association in this region to 17 pleiotropic credible causal risk variants ( P breast < 1.16 × 10 −14 and P ovary < 7.50 × 10 −7 ). These variants were strongly associated with the expression of RCCD1 in normal breast and ovarian tissues. Circular chromosome conformation capture (4C) analysis of RCCD1 in breast and ovarian cancer cells identified similar patterns of cis -interaction and significant binding site enrichment for the BRCA2 interacting gene EMSY (P adjusted = 9.24 × 10 −6 ). The 4C analysis pinpointed a single 2kB RCCD1 cis-interaction that contained two of the 17 shared risk variants. RCCD1 trans -interacting regions mapped to previously identified genome wide significant (P < 5 × 10 −8 ) breast cancer risk loci (1p34.2 and 3p14.1) and to the pleiotropic breast-ovarian cancer risk locus at chromosome 9q34.2. Stable overexpression of RCCD1 in breast and ovarian cancer precursor cells identified 13 and 11 differentially expressed genes (DEGs) respectively associated with breast and ovarian cancer risk at genome-wide significance ( P MAGMA < 2.6 × 10 −6 after Bonferroni correction). Eighty-two DEGs shared between breast and ovarian cancer were strongly enriched in TP53 (P = 9.9 × 10 −4 ), Hippo (P = 2.51 × 10 −3 ) and TNF signaling (P = 4.7 × 10 −3 ) pathways.