The expression of matrix metalloproteinase-2 (MMP-2) has been linked with tumor invasion, angiogenesis, and metastasis. However, the molecular basis for MMP-2 overexpression in tumor cells remains unclear. In this study, by using K-1735 melanoma system, we demonstrated that highly metastatic C4, M2, and X21 tumor cells express elevated MMP-2 mRNA and enzymatic activity, whereas poorly metastatic C10, C19, and C23 tumor cells express much lower levels. Moreover, a concomitant elevated Stat3 activity has been detected in these metastatic tumor cells that overexpress MMP-2. Transfection of constitutively activated Stat3 into poorly metastatic C23 tumor cells directly activated the MMP-2 promoter, whereas the expression of a dominant-negative Stat3 in highly metastatic C4 tumor cells inhibited the MMP-2 promoter. A high-affinity Stat3-binding element was identified in the MMP-2 promoter and Stat3 protein bound directly to the MMP-2 promoter. Blockade of activated Stat3 through expression of a dominant-negative Stat3 significantly suppressed MMP-2 expression in the metastatic tumor cells. Therefore, overexpression of MMP-2 in the metastatic melanoma cells can be attributed to elevated Stat3 activity, and Stat3 upregulates the transcription of MMP-2 through direct interaction with the MMP-2 promoter. Furthermore, blockade of activated Stat3 in highly metastatic C4 cells significantly suppressed the invasiveness of the tumor cells, inhibited tumor growth, and prevented metastasis in nude mice. Collectively, these studies suggest that Stat3 signaling directly regulates MMP-2 expression, tumor invasion, and metastasis, and that Stat3 activation might be a crucial event in the development of metastasis.

Abstract Brain metastasis is a major cause of morbidity and mortality in patients with melanoma. The molecular changes that lead to brain metastasis remain poorly understood. In this study, we developed a model to study human melanoma brain metastasis and found that Stat3 activity was increased in human brain metastatic melanoma cells when compared with that in cutaneous melanoma cells. The expression of activated Stat3 is also increased in human brain metastasis specimens when compared with that in the primary melanoma specimens. Increased Stat3 activation by transfection with a constitutively activated Stat3 enhanced brain metastasis, whereas blockade of Stat3 activation by transfection with a dominant-negative Stat3 suppressed brain metastasis of human melanoma cells in animal models. Furthermore, altered Stat3 activity profoundly affected melanoma angiogenesis in vivo and melanoma cell invasion in vitro and significantly affected the expression of basic fibroblast growth factor (bFGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), and matrix metalloproteinase-2 (MMP-2) in vivo and in vitro. Finally, Stat3 activity transcriptionally regulated the promoter activity of bFGF in addition to VEGF and MMP-2 in human melanoma cells. These results indicated that Stat3 activation plays an important role in dysregulated expression of bFGF, VEGF, and MMP-2 as well as angiogenesis and invasion of melanoma cells and contributes to brain metastasis of melanoma. Therefore, Stat3 activation might be a new potential target for therapy of human melanoma brain metastases. (Cancer Res 2006; 66(6): 3188-96)

Nanovesicles (NVs) are emerging as innovative, theranostic tools for cargo delivery. Recently, surface engineering of NVs with membrane proteins from specific cell types has been shown to improve the biocompatibility of NVs and enable the integration of functional attributes. However, this type of biomimetic approach has not yet been explored using human neural cells for applications within the nervous system. Here, this paper optimizes and validates the scalable and reproducible production of two types of neuron-targeting NVs, each with a distinct lipid formulation backbone suited to potential therapeutic cargo, by integrating membrane proteins that are unbiasedly sourced from human pluripotent stem-cell-derived neurons. The results establish that both endogenous and genetically engineered cell-derived proteins effectively transfer to NVs without disruption of their physicochemical properties. NVs with neuron-derived membrane proteins exhibit enhanced neuronal association and uptake compared to bare NVs. Viability of 3D neural sphere cultures is not disrupted by treatment, which verifies the utility of organoid-based approaches as NV testing platforms. Finally, these results confirm cellular association and uptake of the biomimetic humanized NVs to neurons within rodent cranial nerves. In summary, the customizable NVs reported here enable next-generation functionalized theranostics aimed to promote neuroregeneration.

Abstract Despite radiation forming the curative backbone of over 50% of malignancies, there are no genomically-driven radiation sensitizers for clinical use. We performed in vivo shRNA screening to identify targets generally associated with radiation response as well as those exhibiting a genomic dependency. This identified the histone acetyltransferases CREBBP/EP300 as a target for radiosensitization in combination with radiation in cognate mutant tumors. Further in vitro and in vivo studies confirmed this phenomenon was due to repression of homologous recombination following DNA damage and can be reproduced using chemical inhibition of histone acetyltransferase (HAT), but not bromodomain function. Selected mutations in CREBBP lead to a hyperacetylated state that increases CBP and BRCA1 acetylation, representing a gain of function targets by HAT inhibition. Additionally, mutations in CREBBP/EP300 were associated with recurrence following radiation, in several squamous cell carcinoma cohorts. These findings represent both a novel mechanism of treatment resistance and the potential for genomically-driven treatment.

ABSTRACT Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) is the sixth most common cancer worldwide, with 5-year survival of ∼50%. Genomic profiling studies have identified important somatic mutations in this disease which presents an opportunity for precision medicine. We demonstrate that KMT2D, a histone methyltransferase harbors somatic mutations in ∼17% of HNSCC and is associated with 2-year recurrence in TCGA data. Consistent with algorithmic prediction of bring a driver tumor-suppressor event, its loss results in larger oral tumors in immune-proficient orthotopic models. Mechanistically, we find that KMT2D knockdown or KMT2D mutation causes loss of H3K4me1-marked enhancers harboring IRF7/9 binding sites, which is known to regulate interferon signaling. Indeed, KMT2D loss in human and murine cell lines deregulated transcriptional levels of cytokine expression and impacted numerous immune signaling pathways, including interferon signaling. Consistently, Kmt2d knockdown in murine tumors exhibited decrease in IFN γ -producing effector T cells and an increase in T-cells with an exhausted phenotype. Epistasis experiments showed that exogenous treatment with IFN γ abrogated the increased tumor growth in Kmt2d-deficient oral tumors. Together, these results support the role of KMT2D as a tumor suppressor in HNSCC that regulates the tumor microenvironment by modulating H3K4me1-marked enhancers controlling interferon signaling.

Abstract Ferroptosis, an iron-dependent form of selective cell death, involves in the development of many cancers. However, systematic analysis of ferroptosis related genes (FRGs) in prostate cancer (PCa) remains to be clarified. In our research, we collected the mRNA expression profiles and clinical information of PCa patients from TCGA and MSKCC databases. The univariate, LASSO and multivariate Cox regression method were performed to construct prognostic signature in TCGA cohort. Seven FRGs, AKR1C3, ALOXE3, ATP5MC3, CARS1, MT1G, PTGS2, TFRC, were included to establish the risk model, which was validated in MSKCC dataset. Subsequently, we found that high risk group was strongly correlated with copy number alteration load, tumor burden mutation, immune cell infiltration, mRNAsi, immuetherapy and bicalutamide response. Finally, it was identified that overexpression of TFRC could induce proliferation and invasion in PCa cell lines in vitro. These results demonstrated that this risk model based on recurrence free survival (RFS) could accurately predict prognosis in PCa patients, suggesting that FRGs are promising prognostic biomarkers and drug target genes for PCa patients.

The use of ultra-deep, next generation sequencing of circulating tumor DNA (ctDNA) holds great promise for early detection of cancer as well as a tool for monitoring disease progression and therapeutic responses. However, the low abundance of ctDNA in the bloodstream coupled with technical errors introduced during library construction and sequencing complicates mutation detection. To achieve high accuracy of variant calling via better distinguishing low frequency ctDNA mutations from background errors, we introduce TNER (Tri-Nucleotide Error Reducer), a novel background error suppression method that provides a robust estimation of background noise to reduce sequencing errors. It significantly enhances the specificity for downstream ctDNA mutation detection without sacrificing sensitivity. Results on both simulated and real healthy subjects' data demonstrate that the proposed algorithm consistently outperforms a current, state of the art, position-specific error polishing model, particularly when the sample size of healthy subjects is small. TNER is publicly available at https://github.com/ctDNA/TNER.