ABSTRACT MicroRNA-194 (miR-194) promotes prostate cancer metastasis, but the precise molecular mechanisms by which it achieves this are unknown. Here, by integrating Argonaute high-throughput sequencing of RNA isolated by crosslinking immunoprecipitation (Ago-HITS-CLIP) with RNA sequencing and exon-intron split analysis, we defined a 163-gene miR-194 “targetome” in prostate cancer. These target genes were predominantly down-regulated through canonical 3’UTR recognition sites and were enriched within pathways involved in cytoskeletal organisation and cell movement. In clinical prostate cancer samples, miR-194 activity was inversely correlated with the androgen receptor (AR) signalling axis. At a mechanistic level, this inverse correlation was explained by down-regulation of miR-194 expression by AR. Accordingly, miR-194 expression and activity was significantly elevated in neuroendocrine prostate cancer (NEPC), an aggressive AR-independent disease subtype. MiR-194 enhanced the transdifferentiation of prostate adenocarcinoma cells to a neuroendocrine-like state, at least in part by targeting FOXA1, a transcription factor with a key role in maintaining the prostate epithelial lineage. Importantly, a miR-194 inhibitor effectively inhibited the growth of cell lines and patient-derived organoids with neuroendocrine features. Overall, our study reveals a novel post-transcriptional mechanism regulating the plasticity of prostate cancer cells and provides a rationale for targeting miR-194 in this NEPC.

Abstract Dysregulated lipid metabolism is a prominent feature of prostate cancer that is driven by androgen receptor (AR) signaling. Herein, we used quantitative mass spectrometry to define the “lipidome” in prostate tumors with matched benign tissues (n=21), independent tissues (n=47), and primary prostate explants cultured with a clinical AR antagonist, enzalutamide (n=43). Significant differences in lipid composition were detected and spatially visualized in tumors compared to matched benign samples. Notably, tumors featured higher proportions of monounsaturated lipids overall and elongated fatty acid chains in phosphatidylinositol and phosphatidylserine lipids. Significant associations between lipid profile and malignancy were validated in unmatched samples, and PL composition was characteristically altered in patient tissues that responded to AR inhibition. Importantly, targeting of altered tumor-related lipid features, via inhibition of acetyl CoA carboxylase 1, significantly reduced cellular proliferation in tissue explants (n=13). This first characterization of the prostate cancer lipidome in clinical tissues revealed enhanced fatty acid synthesis, elongation and desaturation as tumor-defining features, with potential for therapeutic targeting.

ABSTRACT Prostate tumours are highly reliant on lipids for energy, growth and survival. Activity of the androgen receptor (AR) is associated with reprogramming of lipid metabolic processes in prostate cancer, although the molecular underpinnings of this relationship remain to be fully elucidated. Here, we identified Acyl-CoA Synthetase Medium Chain Family Members 1 and 3 (ACSM1 and ACSM3) as AR-regulated mediators of prostate cancer metabolism and growth. ACSM1 and ACSM3 are upregulated in prostate tumours compared to non-malignant tissues and other cancer types. Both enzymes enhanced proliferation and protected PCa cells from death in vitro , while silencing ACSM3 led to reduced tumour growth in an orthotopic xenograft model. We show that ACSM1 and ACSM3 are major regulators of the PCa lipidome and enhance energy production via fatty acid oxidation. Metabolic dysregulation caused by loss of ACSM1/3 led to mitochondrial oxidative stress, lipid peroxidation and cell death by ferroptosis. Conversely, over-expression of ACSM1/3 enabled PCa cells to survive toxic doses of medium chain fatty acids and promoted resistance to ferroptosis-inducing drugs and AR antagonists. Collectively, these studies uncover a new link between AR and lipid metabolism and position ACSM1 and ACSM3 as key players in prostate cancer progression and therapy resistance.

ABSTRACT Alterations to androgen receptor (AR) signalling and cellular metabolism are hallmarks of prostate cancer. This study uncovers a novel link between AR and the pentose phosphate pathway (PPP) through 6-phosphogluoconate dehydrogenase ( 6PGD ), an androgen-regulated gene that is upregulated in prostate cancer. Knockdown of 6PGD impairs growth and elicits death of prostate cancer cells, at least in part due to oxidative stress. Targeting 6PGD using 2 specific inhibitors, physcion and S3, was efficacious in multiple models of prostate cancer, including aggressive castration-resistant models. Importantly, S3 also suppressed proliferation of clinical patient-derived explants (PDEs). Mechanistically, 6PGD decreased expression and activity of AR in cell lines and PDEs, revealing a novel positive feedback loop between these factors. The enhanced efficacy of co-targeting AR and 6PGD further supported the biological relevance of this feedback. This work provides insight into the dysregulated metabolism of prostate cancer and supports investigation of co-targeting AR and the PPP.

Abstract Measuring tumour cell invasiveness through three-dimensional (3D) tissues, particularly at the single cell level, can provide important mechanistic understanding and assist in identifying therapeutic targets of tumour invasion. However, current experimental approaches, including standard in vitro invasion assays, have limited physiological relevance and offer insufficient insight about the vast heterogeneity in tumour cell migration through tissues. To address these issues, here we report on the concept of optical cellular micromotion, where digital holographic microscopy (DHM) is used to map the optical thickness fluctuations at sub-micron scale within single cells. These fluctuations are driven by the dynamic movement of subcellular structures including the cytoskeleton and inherently associated with the biological processes involved in cell invasion within tissues. We experimentally demonstrate that the optical cellular micromotion correlates with tumour cells motility and invasiveness both at the population and single cell levels. In addition, the optical cellular micromotion significantly reduced upon treatment with migrastatic drugs that inhibit tumour cell invasion. These results demonstrate that micromotion measurements can rapidly and non-invasively determine the invasive behaviour of single tumour cells within tissues, yielding a new and powerful tool to assess the efficacy of approaches targeting tumour cell invasiveness. Significance Statement Tumour cells invasion through tissues is a key hallmark of malignant tumour progression and its measurement is essential to unraveling biological processes and screening for new approaches targeting cell motility. To address the limitations of current approaches, we demonstrate that sub-micron scale mapping of the dynamic optical thickness fluctuations within single cells, referred to as optical cellular micromotion, correlates with their motility in ECM mimicking gel, both at the population and single cell levels. We anticipate that 3D optical micromotion measurement will provide a powerful new tool to address important biological questions and screen for new approaches targeting tumour cell invasiveness.