Abstract Metastatic prostate cancer (PCa) in bone induces bone-forming lesions that enhance PCa progression. How tumor-induced bone formation enhances PCa progression is not known. We have previously shown that PCa-induced bone originates from endothelial cells (EC) that have undergone endothelial-to-osteoblast (EC-to-OSB) transition by tumor-secreted BMP4. Here, we show that EC-to-OSB transition leads to changes in the tumor microenvironment that increases the metastatic potential of PCa cells. We found that conditioned medium (CM) from EC-OSB hybrid cells increases the migration, invasion and survival of PC3-mm2 and C4-2B4 PCa cells. Quantitative mass spectrometry (iTRAQ) identified Tenascin C (TNC) as one of the major proteins secreted from EC-OSB hybrid cells. TNC expression in tumor-induced osteoblasts was confirmed by immunohistochemistry of MDA-PCa118b xenograft and human bone metastasis specimens. Mechanistically, BMP4 increases TNC expression in EC-OSB cells through the Smad1-Notch/Hey1 pathway. How TNC promotes PCa metastasis was next interrogated by in vitro and in vivo studies. In vitro studies showed that a TNC neutralizing antibody inhibits EC-OSB-CM-mediated PCa cell migration and survival. TNC knockdown decreased, while addition of recombinant TNC or TNC overexpression increased migration and anchorage-independent growth of PC3 or C4-2b cells. When injected orthotopically, PC3-mm2-shTNC clones decreased metastasis to bone, while C4-2b-TNC overexpressing cells increased metastasis to lymph nodes. TNC enhances PCa cell migration through α5β1 integrin-mediated YAP/TAZ inhibition. These studies elucidate that tumor-induced stromal reprogramming generates TNC that enhances PCa metastasis and suggest that TNC may be a target for PCa therapy.

Abstract Metastatic prostate cancer (PCa) in bone induces bone-forming lesions that contribute to progression and therapy resistance. Currently strategies targeting PCa-induced bone formation are lacking. We previously showed that PCa-induced bone originates from endothelial cells (EC) that have undergone endothelial-to-osteoblast (EC-to-OSB) transition in response to tumor-secreted BMP4. Here, we show that activation of retinoic acid receptor (RAR) inhibits EC-to-OSB transition and reduces PCa-induced bone formation. We found that palovarotene, a RARγ agonist being tested for heterotopic ossification in fibrodysplasia ossificans progressiva, inhibited EC-to-OSB transition and osteoblast mineralization in vitro , and decreased tumor-induced bone formation and tumor growth in several osteogenic PCa models. RARα/β/γ isoform knockdown in 2H11 ECs blocked EC-to-OSB transition and osteoblast mineralization. Pan-RAR agonist ATRA inhibited MycCaP-BMP4-induced bone formation and tumor growth under castration. Furthermore, palovarotene or ATRA reduced plasma Tenascin C, a factor secreted by EC-OSB cells, which may be used to monitor treatment response. Mechanistically, BMP4-activated pSmad1 forms a complex with RAR in the nucleus of 2H11 cells. RAR activation by palovarotene or ATRA causes pSmad1 degradation by recruiting E3-ubiquitin ligase Smurf1 into the nuclear pSmad1/RARγ complex. Our findings suggest that palovarotene can be repurposed to target PCa-induced bone formation to improve clinical outcomes for bone metastasis.

ABSTRACT Yes-associated protein 1 (YAP1), a key player in the Hippo pathway, has been shown to play a critical role in tumor progression. However, the role of YAP1 in prostate cancer cell invasion, migration, and metastasis is not well defined. Through functional, transcriptomic, epigenomic, and proteomic analyses, we showed that prolyl hydroxylation of YAP1 plays a critical role in the suppression of cell migration, invasion, and metastasis in prostate cancer. Knockdown (KD) or knockout (KO) of YAP1 led to an increase in cell migration, invasion, and metastasis in prostate cancer cells. Microarray analysis showed that the EMT pathway was activated in Yap1 -KD cells. ChIP-seq analysis showed that YAP1 target genes are enriched in pathways regulating cell migration. Mass spectrometry analysis identified P4H prolyl hydroxylase in the YAP1 complex and YAP1 was hydroxylated at multiple proline residues. Proline-to-alanine mutations of YAP1 isoform 3 identified proline 174 as a critical residue, and its hydroxylation suppressed cell migration, invasion, and metastasis. KO of P4ha2 led to an increase in cell migration and invasion, which was reversed upon Yap1 KD. Our study identified a novel regulatory mechanism of YAP1 by which P4HA2-dependent prolyl hydroxylation of YAP1 determines its transcriptional activities and its function in prostate cancer metastasis.