The oncofetal mRNA-binding protein IGF2BP1 and the transcriptional regulator SRF modulate gene expression in cancer. In cancer cells, we demonstrate that IGF2BP1 promotes the expression of SRF in a conserved and N6-methyladenosine (m6A)-dependent manner by impairing the miRNA-directed decay of the SRF mRNA. This results in enhanced SRF-dependent transcriptional activity and promotes tumor cell growth and invasion. At the post-transcriptional level, IGF2BP1 sustains the expression of various SRF-target genes. The majority of these SRF/IGF2BP1-enhanced genes, including PDLIM7 and FOXK1, show conserved upregulation with SRF and IGF2BP1 synthesis in cancer. PDLIM7 and FOXK1 promote tumor cell growth and were reported to enhance cell invasion. Consistently, 35 SRF/IGF2BP1-dependent genes showing conserved association with SRF and IGF2BP1 expression indicate a poor overall survival probability in ovarian, liver and lung cancer. In conclusion, these findings identify the SRF/IGF2BP1-, miRNome- and m6A-dependent control of gene expression as a conserved oncogenic driver network in cancer.

Abstract The IGF2 mRNA-binding protein 1 (IGF2BP1) is a non-catalytic post-transcriptional enhancer of tumor growth upregulated and associated with adverse prognosis in solid cancers. However, conserved effector pathway(s) and the feasibility of targeting IGF2BP1 in cancer remained elusive. We reveal that IGF2BP1 is a post-transcriptional enhancer of the E2F-driven hallmark in solid cancers. IGF2BP1 promotes G1/S cell cycle transition by stabilizing mRNAs encoding positive regulators of this checkpoint like E2F1. This IGF2BP1-driven shortening of the G1 cell cycle phase relies on 3′UTR-, miRNA- and m6A-dependent regulation and suggests enhancement of cell cycle progression by m6A-modifications across cancers. In addition to E2F transcription factors, IGF2BP1 also stabilizes E2F-driven transcripts directly indicating post-transcriptional ‘super’-enhancer role of the protein in E2F-driven gene expression in cancer. The small molecule BTYNB disrupts this enhancer function by impairing IGF2BP1-RNA association. Consistently, BTYNB interferes with E2F-driven gene expression and tumor growth in experimental mouse tumor models.

Abstract Naturally occurring circular RNAs efficiently impair miRNA functions. Synthetic circular RNAs may thus serve as potent agents for miRNA inhibition. Their therapeutic effect critically relies on (i) the identification of optimal miRNA targets, (ii) the optimization of decoy structures and (iii) the development of efficient formulations for their use as drugs. In this study, we extensively explored the functional relevance of miR-21-5p in cancer cells. Analyses of cancer transcriptomes reveal that miR-21-5p is the by far most abundant miRNA in human cancers. Deletion of the MIR21 locus in cancer-derived cells identifies several direct and indirect miR-21-5p targets, including major tumor suppressors with prognostic value across cancers. To impair miR-21-5p activities, we evaluate synthetic, circular RNA decoys containing four repetitive binding elements. In cancer cells, these decoys efficiently elevate tumor suppressor expression and impair tumor cell vitality. For their in vivo delivery, we for the first time evaluate the formulation of decoys in polyethylenimine (PEI)-based nanoparticles. We demonstrate that PEI/decoy nanoparticles lead to a significant inhibition of tumor growth in a lung adenocarcinoma xenograft mouse model via the upregulation of tumor suppressor expression. These findings introduce nanoparticle-delivered circular miRNA decoys as a powerful potential therapeutic strategy in cancer treatment.

The stem cell marker Musashi1 (MSI1) is highly expressed during neurogenesis and in glioblastoma (GBM). MSI1 promotes self-renewal and impairs differentiation in cancer and non-malignant progenitor cells. However, a comprehensive understanding of its role in promoting GBM-driving networks remains to be deciphered. We demonstrate that MSI1 is highly expressed in GBM recurrences, an oncologist’s major defiance. For the first time, we provide evidence that MSI1 promotes the expression of stem cell markers like CD44, co-expressed with MSI1 within recurrence-promoting cells at the migrating front of primary GBM samples. With GBM cell models of pediatric and adult origin, including isolated primary tumorspheres, we show that MSI1 promotes stem cell-like characteristics. Importantly, it impairs CD44 downregulation in a 3′UTR- and miRNA-dependent manner by controlling mRNA turnover. This regulation is disturbed by the previously reported MSI1 inhibitor luteolin, providing further evidence for a therapeutic target potential of MSI1 in GBM treatment.

Abstract Epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) is a hallmark of aggressive, mesenchymal-like high-grade serous ovarian carcinoma (HG-SOC). The SRC kinase is a key driver of cancer-associated EMT promoting adherens junction (AJ) disassembly by phosphorylation-driven internalization and degradation of AJ proteins. Here we show, that the IGF2 mRNA binding protein 1 (IGF2BP1) is up-regulated in mesenchymal-like HG-SOC and promotes SRC activation by a previously unknown protein-ligand-induced, but RNA-independent mechanism. IGF2BP1-driven invasive growth of ovarian cancer cells essentially relies on the SRC-dependent disassembly of AJs. Concomitantly, IGF2BP1 enhances ERK2 expression in a RNA-binding dependent manner. Together this reveals a post-transcriptional mechanism of interconnected stimulation of SRC/ERK signaling in ovarian cancer cells. The IGF2BP1-SRC/ERK2 axis is targetable by the SRC-inhibitor saracatinib and MEK-inhibitor selumetinib. However, due to IGF2BP1-directed stimulation only combinatorial treatment effectively overcomes the IGF2BP1-promoted invasive growth in 3D culture conditions as well as intraperitoneal mouse models. In conclusion, we reveal an unexpected role of IGF2BP1 in enhancing SRC/MAPK-driven invasive growth of ovarian cancer cells. This provides a rational for the therapeutic benefit of combinatorial SRC/MEK inhibition in mesenchymal-like HG-SOC. Graphical Abstract

Abstract Aneuploidy is a hallmark of cancer, but its complex nature limits our understanding of how it drives oncogenesis. Gain of chromosome 21 (Hsa21) is among the most frequent aneuploidies in leukemia and is associated with markedly increased leukemia risk. Here, we propose that disequilibrium of the RUNX1 isoforms is key to the pathogenesis of trisomy 21 (i.e. Down syndrome)-associated myeloid leukemia (ML-DS). Hsa21-focused CRISPR-Cas9 screens uncovered a strong and specific RUNX1 dependency in ML-DS. Mechanistic studies revealed that excess of RUNX1A isoform – as seen in ML-DS patients – synergized with the pathognomonic Gata1s mutation in leukemogenesis by displacing RUNX1C from its endogenous binding sites and inducing oncogenic programs in complex with the MYC cofactor MAX. These effects were reversed by restoring the RUNX1A:RUNX1C equilibrium or pharmacological interference with MYC:MAX dimerization. Our study highlights the importance of alternative splicing in leukemogenesis, even on a background of aneuploidies, and opens new avenues for developing specific and targeted therapies. Graphical Abstract

Abstract Plakophilin 4 (PKP4) is a component of cell–cell junctions that regulates intercellular adhesion and Rho-signaling during cytokinesis with an unknown function during epidermal differentiation. Here we show that keratinocytes lacking PKP4 fail to develop a cortical actin ring, preventing adherens junction maturation and generation of tissue tension. Instead, PKP4-depleted cells display increased stress fibers. PKP4-dependent RhoA localization at AJs was required to activate a RhoA-ROCK2-MLCK-MLC2 axis and organize actin into a cortical ring. AJ-associated PKP4 provided a scaffold for the Rho activator ARHGEF2 and the RhoA effectors MLCK and MLC2, facilitating the spatio-temporal activation of RhoA signaling at cell junctions to allow cortical ring formation and actomyosin contraction. In contrast, association of PKP4 with the Rho suppressor ARHGAP23 reduced ARHGAP23 binding to RhoA which prevented RhoA activation in the cytoplasm and stress fiber formation. These data identify PKP4 as an AJ component that transduces mechanical signals into cytoskeletal organization.

Abstract The RAVER1 protein was proposed to serve as a co-factor in guiding the PTBP-dependent control of alternative splicing (AS). Whether RAVER1 solely acts in concert with PTBPs and how it affects cancer cell fate remained elusive. Here we provide the first comprehensive investigation of RAVER1-controlled AS in cancer cell models and reveal a pro-oncogenic role of RAVER1 in tumor growth. This unravels that RAVER1 guides AS in synergy with PTBPs but more prominently serves PTBP1-independent roles in splicing. In cancer cells, one major function of RAVER1 is the control of proliferation and apoptosis, which involves the modulation of AS events within the miR/RISC pathway. Associated with this regulatory role, RAVER1 antagonizes lethal, TGFB-driven epithelial-mesenchymal-transition (EMT) by limiting TGFB signaling. RAVER1-modulated splicing events affect the insertion of protein interaction modules in factors guiding miR/RISC-dependent gene silencing. Most prominently, in all three human TNRC6 proteins, RAVER1 controls AS of GW-enriched motifs, which are essential for AGO2-binding. Disturbance of RAVER1-guided AS events in TNRC6 proteins and other facilitators of miR/RISC activity compromise miR/RISC activity which is essential to restrict TGFB signaling and lethal EMT.