Abstract Triple negative breast cancer (TNBC) is an aggressive form of breast cancer with poor patient outcomes, and an unmet clinical need for targeted therapies and better model systems. Here, we developed and comprehensively characterized a diverse biobank of normal and breast cancer patient-derived organoids (PDOs) with a focus on TNBCs. PDOs recapitulated patient tumor intrinsic properties and a subset of PDOs can be propagated for long-term culture (LT-TNBCs). Single cell profiling of PDOs identified cell types and gene candidates affiliated with different aspects of cancer progression. The LT-TNBC organoids exhibit signatures of aggressive MYC-driven basal-like breast cancers and are largely comprised of luminal progenitor (LP)-like cells. The TNBC LP-like cells are distinct from normal LPs and exhibit hyperactivation of NOTCH and MYC signaling. Overall, our study validates TNBC PDOs as robust models for understanding breast cancer biology and progression, paving the way for personalized medicine and tailored treatment options. Statement of Significance A comprehensive analysis of TNBC patient-derived organoids is presented by genomic, transcriptomic, and in-vivo analyses, providing insights into cellular heterogeneity and mechanisms of tumorigenesis at the single cell level.

Improved identification of structural variants (SVs) in cancer can lead to more targeted and effective treatment options as well as advance our basic understanding of disease progression. We performed whole genome sequencing of the SKBR3 breast cancer cell-line and patient-derived tumor and normal organoids from two breast cancer patients using 10X/Illumina, PacBio, and Oxford Nanopore sequencing. We then inferred SVs and large-scale allele-specific copy number variants (CNVs) using an ensemble of methods. Our findings demonstrate that long-read sequencing allows for substantially more accurate and sensitive SV detection, with between 90% and 95% of variants supported by each long-read technology also supported by the other. We also report high accuracy for long-reads even at relatively low coverage (25x-30x). Furthermore, we inferred karyotypes from these data using our enhanced RCK algorithm to present a more accurate representation of the mutated cancer genomes, and find hundreds of variants affecting known cancer-related genes detectable only through long-read sequencing. These findings highlight the need for long-read sequencing of cancer genomes for the precise analysis of their genetic instability.

Misregulation of long non-coding RNA genes has been linked to a wide variety of cancer types. Here we report on Mammary Tumor Associated RNA 25 (MaTAR25), a nuclear enriched and chromatin associated lncRNA that plays a role in mammary tumor cell proliferation, migration, and invasion, both in vitro and in vivo. MaTAR25 functions by interacting with purine rich element binding protein B (PURB), and associating with a major downstream target gene Tensin 1 (Tns1) to regulate its expression in trans. Knockout of MaTAR25 results in down-regulation of Tns1 leading to a reorganization of the actin cytoskeleton, and a reduction of focal adhesions and microvilli. The human ortholog of MaTAR25, LINC01271, is upregulated with human breast cancer stage and metastasis.