Abstract Inhibiting androgen receptor (AR) signaling through androgen deprivation therapy (ADT) reduces prostate cancer (PCa) growth in virtually all patients, but response is temporary, and resistance inevitably develops, ultimately leading to lethal castration-resistant prostate cancer (CRPC). The tumor microenvironment (TME) plays an important role in the development and progression of PCa. In addition to tumor cells, TME-resident macrophages and fibroblasts express AR and are therefore also affected by ADT. However, the interplay of different TME cell types in the development of CRPC remains largely unexplored. To understand the complex stochastic nature of cell-cell interactions, we created a PCa-specific agent-based model (PCABM) based on in vitro cell proliferation data. PCa cells, fibroblasts, “pro-inflammatory” M1-like and “pro-tumor” M2-like polarized macrophages are modeled as agents from a simple set of validated base assumptions. PCABM allows us to simulate the effect of ADT on the interplay between various prostate TME cell types. The resulting in vitro growth patterns mimic human PCa. Our PCABM can effectively model hormonal perturbations by ADT, in which PCABM suggests that CRPC arises in clusters of resistant cells, as is observed in multifocal PCa. In addition, fibroblasts compete for cellular space in the TME while simultaneously creating niches for tumor cells to proliferate in. Finally, PCABM predicts that ADT has immunomodulatory effects on macrophages that may enhance tumor survival. Taken together, these results suggest that AR plays a critical role in the cellular interplay and stochastic interactions in the TME that influence tumor cell behavior and CRPC development.

Abstract Phenotypic plasticity is a hallmark of cancer and increasingly realized as a mechanism of resistance in androgen indifferent prostate tumors. It is critical to identify mechanisms and actionable targets driving phenotypic plasticity. Here, we report that loss of tristetraprolin (TTP, gene ZFP36 ), an RNA binding protein that regulates mRNA stability increases NF-κB activation and is associated with higher rates of aggressive disease and early recurrence in primary prostate cancer (PCa). We examined the clinical and biological impact of ZFP36 loss combined with PTEN loss, a known driver of PCa. Combined loss of PTEN and ZFP36 expression was associated with increased risk of recurrence in multiple independent primary PCa cohorts, and significantly reduced overall survival and time to progression following castration in genetically engineered mouse models. ZFP36 loss alters the cell state that is driven by PTEN loss, demonstrated by positive enrichment of gene sets including EMT, inflammation, TNFα/NF-κB, IL6-JAK/STAT3. ZFP36 loss also induces enrichment of multiple gene sets involved in cell migration, chemotaxis, and proliferation. Use of the NF-κB inhibitor dimethylaminoparthenolide induced significant therapeutic responses in tumors with PTEN and ZFP36 co-loss and reversed castration resistance. This work identifies a novel molecular mechanism driving phenotypic plasticity and castration resistance through loss of ZFP36 expression, that can be reversed by inhibition of NF-κB activity.

Abstract Over ten percent of men will be diagnosed with prostate cancer (PCa) during their lifetime. Arising from luminal cells of the prostatic acinus, PCa is influenced by multiple cells in its microenvironment. To expand our knowledge and explore means to prevent and treat the disease, it is important to understand what drives the onset and early stages of PCa. In this study, we developed an agent-based model of a prostatic acinus including its microenvironment, to allow for in silico studying of PCa development. The model was based on prior reports and in-house data of tumor cells co-cultured with Cancer Associated Fibroblasts (CAFs) and pro-tumor and/or anti-tumor macrophages. Growth patterns depicted by the model were pathologically validated on H&E slide images of human PCa specimens. We identified that stochasticity of interactions between macrophages and tumor cells at early stages strongly affect tumor development. Additionally, we discovered that more systematic deviations in tumor development result from a combinatorial effect of the probability of acquiring mutations and the tumor-promoting abilities of CAFs and macrophages. In silico modeled tumors were then compared with 494 cancer patients with matching characteristics, showing strong association between predicted tumor load and patients’ clinical outcome. Our findings suggest that the likelihood of tumor formation depends on a combination of stochastic events and systematic characteristics. While stochasticity cannot be controlled, information on systematic effects may aid the development of prevention strategies tailored to the molecular characteristics of an individual patient.

Our study aimed to assess the oncological outcomes of sentinel node dissection during radical prostatectomy according to nodal location in comparison to extended pelvic lymph node dissection.

Abstract Background The invasive nature of extended pelvic lymph node dissection (ePLND) prompts the need for alternative lymphatic mapping technologies. To change the focus to “sparing nodes that are not involved,” the first step is to research the feasibility of intraoperatively distinguishing the lymph drainage patterns of the prostate from healthy organs. Methods We performed a prospective study (NCT05120973) that included 16 patients who underwent a robot-assisted radical prostatectomy + ePLND + sentinel node (using indocyanine green- 99m Tc-nanocolloid). After general anesthesia, a second fluorescent dye (fluorescein) was injected unilaterally in two deposits into the intradermis of the upper leg ( n = 8) or abdominal wall ( n = 8), because these are the most common locations of lymphedema in prostate cancer surgery. To distinguish between the drainage patterns, in vivo and ex vivo multispectral fluorescence imaging was performed by using a fluorescence endoscope. Results Indocyanine green and fluorescein were visible in the same regions within the ePLND-template and co-accumulated in lymph vessels in vivo. At histopathology, fluorescein was seen in only 10 of 370 lymph nodes (possibly owing to tracer properties), none of which overlapped with indocyanine green and none were tumor-positive. Administration of fluorescein did not result in discomfort or abnormal postoperative recovery. Conclusions Multispectral imaging can be used to distinguish lymphatic drainage patterns. Our in vivo findings indicate that within the ePLND-template, lymphatic drainage patterns of the prostate at least partly overlap with those of upper leg and abdominal wall. The properties of fluorescein render it unsuitable for confirmation of fluorescence at histopathology.

Phenotypic plasticity is a hallmark of cancer and increasingly realized as a mechanism of resistance to androgen receptor (AR)-targeted therapy. Now that many prostate cancer (PCa) patients are treated upfront with AR-targeted agents, it's critical to identify actionable mechanisms that drive phenotypic plasticity, to prevent the emergence of resistance. We showed that loss of tristetraprolin (TTP, gene ZFP36) increased NF-κB activation, and was associated with higher rates of aggressive disease and early recurrence in primary PCa. We also examined the clinical and biological impact of ZFP36 loss with co-loss of PTEN, a known driver of PCa. Analysis of multiple independent primary PCa cohorts demonstrated that PTEN and ZFP36 co-loss was associated with increased recurrence risk. Engineering prostate-specific Zfp36 deletion in vivo, induced prostatic intraepithelial neoplasia, and, with Pten co-deletion, resulted in rapid progression to castration-resistant adenocarcinoma. Zfp36 loss altered the cell state driven by Pten loss, demonstrated by enrichment of EMT, inflammation, TNFα/NF-κB, IL6-JAK/STAT3 gene sets. Additionally, our work revealed that ZFP36 loss also induced enrichment of multiple gene sets involved in mononuclear cell migration, chemotaxis, and proliferation. Use of the NF-κB inhibitor, dimethylaminoparthenolide (DMAPT) induced marked therapeutic responses in tumors with PTEN and ZFP36 co-loss and reversed castration resistance.