Exosomes can transfer proteins and nucleic acids from one cell to another, altering the phenotype of the recipient cell. In the case of cancer, tumor-derived exosomes have been shown to promote tumor cell proliferation. Now, in a mouse model of melanoma, Peinado et al. report that exosomes derived from highly metastatic tumor cells can influence bone marrow cells, resulting in increased recruitment of provasculogenic bone marrow progenitors to sites of metastasis, increased primary tumor growth and metastatic spread. Tumor-derived exosomes are emerging mediators of tumorigenesis. We explored the function of melanoma-derived exosomes in the formation of primary tumors and metastases in mice and human subjects. Exosomes from highly metastatic melanomas increased the metastatic behavior of primary tumors by permanently 'educating' bone marrow progenitors through the receptor tyrosine kinase MET. Melanoma-derived exosomes also induced vascular leakiness at pre-metastatic sites and reprogrammed bone marrow progenitors toward a pro-vasculogenic phenotype that was positive for c-Kit, the receptor tyrosine kinase Tie2 and Met. Reducing Met expression in exosomes diminished the pro-metastatic behavior of bone marrow cells. Notably, MET expression was elevated in circulating CD45−C-KITlow/+TIE2+ bone marrow progenitors from individuals with metastatic melanoma. RAB1A, RAB5B, RAB7 and RAB27A, regulators of membrane trafficking and exosome formation, were highly expressed in melanoma cells. Rab27A RNA interference decreased exosome production, preventing bone marrow education and reducing, tumor growth and metastasis. In addition, we identified an exosome-specific melanoma signature with prognostic and therapeutic potential comprised of TYRP2, VLA-4, HSP70, an HSP90 isoform and the MET oncoprotein. Our data show that exosome production, transfer and education of bone marrow cells supports tumor growth and metastasis, has prognostic value and offers promise for new therapeutic directions in the metastatic process.

Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is defined by the loss of epithelial characteristics and the acquisition of a mesenchymal phenotype. In carcinoma cells, EMT can be associated with increased aggressiveness, and invasive and metastatic potential. To assess the occurrence of EMT in human breast tumors, we conducted a tissue microarray-based immunohistochemical study in 479 invasive breast carcinomas and 12 carcinosarcomas using 28 different markers. Unsupervised hierarchical clustering of the tumors and statistical analysis showed that up-regulation of EMT markers (vimentin, smooth-muscle-actin, N-cadherin, and cadherin-11) and overexpression of proteins involved in extracellular matrix remodeling and invasion (SPARC, laminin, and fascin), together with reduction of characteristic epithelial markers (E-cadherin and cytokeratins), preferentially occur in breast tumors with the "basal-like phenotype." Moreover, most breast carcinosarcomas also had a basal-like phenotype and showed expression of mesenchymal markers in their sarcomatous and epithelial components. To assess whether basal-like cells have intrinsic phenotypic plasticity for mesenchymal transition, we performed in vitro studies with the MCF10A cell line. In response to low cell density, MCF10A cells suffer spontaneous morphologic and phenotypic EMT-like changes, including cytoskeleton reorganization, vimentin and Slug up-regulation, cadherin switching, and diffuse cytosolic relocalization of the catenins. Moreover, these phenotypic changes are associated with modifications in the global genetic differentiation program characteristic of the EMT process. In summary, our data indicate that in breast tumors, EMT likely occurs within a specific genetic context, the basal phenotype, and suggests that this proclivity to mesenchymal transition may be related to the high aggressiveness and the characteristic metastatic spread of these tumors.

The epithelial-mesenchymal transition (EMT) is required in the embryo for the formation of tissues for which cells originate far from their final destination. Carcinoma cells hijack this program for tumor dissemination. The relevance of the EMT in cancer is still debated because it is unclear how these migratory cells colonize distant tissues to form macrometastases. We show that the homeobox factor Prrx1 is an EMT inducer conferring migratory and invasive properties. The loss of Prrx1 is required for cancer cells to metastasize in vivo, which revert to the epithelial phenotype concomitant with the acquisition of stem cell properties. Thus, unlike the classical EMT transcription factors, Prrx1 uncouples EMT and stemness, and is a biomarker associated with patient survival and lack of metastasis.

Snail is a zinc finger transcription factor that triggers the epithelial-mesenchymal transition (EMT) by directly repressing E-cadherin expression. Snail is required for mesoderm and neural crest formation during embryonic development and has recently been implicated in the EMT associated with tumour progression. In a series of human breast carcinomas, we have analysed the expression of Snail and that of molecules of the E-cadherin/catenin complexes. We have also correlated these data with the pathological features of the tumours. We show that Snail expression inversely correlates with the grade of differentiation of the tumours and that it is expressed in all the infiltrating ductal carcinomas (IDC) presenting lymph node metastases that were analysed. In addition, Snail is expressed in some dedifferentiated tumours with a negative nodal status. Considering that Snail is involved in the induction of the invasive and migratory phenotype in epithelial cells, these results indicate that it is also involved in the progression of breast ductal tumours, where it could additionally serve as a marker of the metastatic potential.

Abstract The transcription factors Snail, Slug, and bHLH E47 have been recently described as direct repressors of E-cadherin and inducers of epithelial-mesenchymal transition (EMT) and invasion when overexpressed in epithelial cells. Although a role of those factors in tumor progression and invasion has been proposed, whether the different repressors play distinct or redundant roles in the tumorigenic process has not been established. To further investigate this important issue, we have analyzed the gene expression profiling of Madin-Darby canine kidney (MDCK) epithelial cells expressing the different repressors (MDCK-Snail, MDCK-Slug, and MDCK-E47 cells) versus control MDCK cells by cDNA microarrays. A total of 243 clones (228 genes and 15 expressed sequence tags) were found to be differentially expressed between either of the three MDCK-derived cell lines and control MDCK cells. Twenty two of the candidate genes were validated by Northern blot, Western blot, immunofluorescence, and promoter analyses in cell lines and by immunohistochemistry in xenografted tumors. Gene clustering analysis indicated that about a third of the 243 candidate genes were common to MDCK cells expressing Snail, Slug, or E47 factors, whereas the rest of the genes were regulated in only one or two cell types. Differentially regulated genes include those related to EMT (45 genes), transcriptional regulation (18 genes), cell proliferation and signaling (54 genes), apoptosis (12 genes), and angiogenesis (9 genes). These results indicate that Snail, Slug, and E47 transcription factors induce common and specific genetic programs, supporting a differential role of the factors in tumor progression and invasion. (Cancer Res 2006; 66(19): 9543-56)

Abstract The formation of Gasdermin (GSDM) pores, leading to pyroptosis or other context-dependent consequences, is directly involved in multiple diseases. Gasdermin-B (GSDMB) plays complex and controversial roles in pathologies, with pyroptosis-dependent and independent functions. GSDMB is promising oncologic therapeutic target since it exhibits either antitumor function, when immunocyte-mediated Granzyme-A (GZMA) cleaves GSDMB releasing its cytotoxic N-terminal domain, or pro-tumoral activities (invasion, metastasis, and drug resistance). However, it is still unknown the precise regulatory mechanisms of GSDMB pyroptosis as well as the differential effects of the four translated GSDMB variants (GSDMB1-4, that differ in the alternative usage of exons 6-7) in this process. Here, we first prove that exon 6 translation (in the interdomain protein linker) is essential for pyroptosis, and therefore, GSDMB isoforms lacking this exon (GSDMB1-2) cannot provoke cancer cell death. Consistently, in large series of breast cancer samples GSDMB2 expression, and not of exon6-containing variants (GSDMB3-4), associates with unfavourable clinical-pathological parameters. Moreover, cellular, and biochemical analyses combined with confocal, live cell imaging, and electron microscopy studies, demonstrated that diverse GSDMB N-terminal constructs containing exon-6 induce mitochondrial damage (increased mitochondrial ROS, membrane potential loss and mitochondrial DNA release) together with pyroptotic membrane cell lysis. While exon-6 residues are not required for membrane or mitochondrial localization, we also identified other key residues for N-terminal domain cytotoxicity. Additionally, we demonstrated that all GSDMB variants share the cleavage sites for GZMA, Neutrophil Elastase (identified in this study) and caspases. Interestingly, whereas Neutrophil Elastase and caspases produce N-terminal fragments in all GSDMB isoforms with no pyroptotic activity, thus acting as a potential inhibitory mechanism, GZMA cleavage activates pyroptosis in an isoform-dependent way. Summarizing, our results have important implications for understanding the complex roles of GSDMB isoforms in cancer and other pathologies and for the future design of GSDMB-targeted therapies.

Abstract Purpose Gasdermin B (GSDMB) over-expression promotes poor prognosis and aggressive behavior in HER2 breast cancer by increasing cell invasion, metastasis and resistance to therapy. Decoding the molecular mechanism of GSDMB-mediated drug resistance is crucial to identify novel effective targeted treatments for HER2/GSDMB aggressive tumors. Experiment design To decipher the functional relevance of GSDMB in promoting resistance to HER2-targeted therapies we performed several molecular approaches (immunoblot, qRT-PCR, flow cytometry, immunoprecipitation and confocal microscopy) in different breast and gastric carcinoma cell models. The results were confirmed in Patient Derived Xenografts (PDX) by qRT-PCR and in clinical human cancer samples by immunohistochemistry. Finally, we validated the efficacy of the identified targeted treatment in HER2/GSDMB cancers using two complementary in vivo preclinical models (tumor xenografts in mice and zebrafish). Results We discovered that GSDMB up-regulation renders HER2 breast and gastric cancer cells more resistant to anti-HER2 agents by promoting protective autophagy. Consistent with this, we proved that the combination of lapatinib with the autophagy inhibitor chloroquine increases the therapeutic response specifically in GSDMB-positive tumors in vitro and in vivo using zebrafish and mice preclinical cancer models. Mechanistically, we confirmed that the GSDMB N-terminal domain interacts with the autophagy protein LC3B. Finally, we validated these results in clinical samples of breast and gastric cancers, where GSDMB/LC3B co-expression associates significantly with relapse. Conclusion Our findings uncovered a novel functional link between GSDMB over-expression and LC3B-mediated protective autophagy in response to HER2-targeted therapies and provide a new and accessible therapeutic approach for HER2/GSDMB+ cancers with adverse clinical outcome. TRANSLATIONAL RELEVANCE Identifying the biomarkers and mechanisms of therapy resistance is a main challenge in current oncology. In this regard, Gasdermin-B (GSDMB) over-expression, which was initially found in >60% HER2 breast cancers, promotes resistance to therapy through an unknown molecular mechanism. In the present work, we revealed for the first time that in HER2 gastric and breast cancers GSDMB mediates innate and acquired resistance to HER2-targeted drugs through the promotion of a pro-survival autophagy mechanism that requires the interaction of GSDMB with LC3B. Accordingly, GSDMB/LC3B co-expression in human breast and gastric cancer clinical samples associates with relapse. To reverse this anti-drug effect, we developed a therapeutic approach based on the combination of the autophagy inhibitor chloroquine with lapatinib that showed significant efficacy both in vitro and in vivo on GSDMB-positive tumors. Our findings provide an accessible (FDA-approved drugs) therapeutic combination to treat effectively HER2/GSDMB over-expressing tumors with poor clinical outcome.

Prostaglandin (PG) F2α has been scarcely studied in cancer. We have identified a new role for PGF2α in ovarian cancer, stimulating the production of TGFβ and the consequent induction of PMEPA1. We show that this induction increases cell plasticity and proliferation, enhancing tumor growth through PMEPA1. Thus, PMEPA1 overexpression in ovarian carcinoma cells, significantly increased cell proliferation rates, whereas PMEPA1 silencing decreased proliferation. In addition, PMEPA1 overexpression buffered TGFβ signaling, via reduction of SMAD-dependent signaling. PMEPA1 overexpressing cells acquired an epithelial morphology, associated to higher E-cadherin expression levels while β-catenin nuclear translocation was inhibited. Interestingly, in mouse xenografts, PMEPA1 overexpressing ovarian cells had a clear survival and proliferative advantage, resulting in higher metastatic capacity, while PMEPA1 silencing had the opposite effect. Furthermore, high PMEPA1 expression in a cohort of advanced ovarian cancer patients was observed, correlating with E-cadherin expression. Most importantly, high PMEPA1 mRNA levels were associated with lower patient survival.

ABSTRACT Background Gasdermin-B gene (GSDMB) is frequently over-expressed in tumors, and its shortest translated variant (isoform 2; GSDMB2) increases aggressive behavior in breast cancer cells. Paradoxically, GSDMB could have either pro-tumor or tumor suppressor properties depending on the biological context. Since GSDMB gene is not present in the mouse genome, deciphering fully the functional roles of GSDMB in cancer requires novel in vivo models. Methods We first generated by gene targeting a conditional knock-in mouse model (R26-STOP-GB2) harboring human GSDMB2 transcript within the ROSA26 locus. We next derived the R26-GB2 model ubiquitously expressing GSDMB2 in multiple tissues (confirmed by western blot and immunohistochemistry) and performed a comprehensive histopathological analysis in multiple tissues from 75 male and female mice up to 18 months of age. Additionally, we produced the double transgenic model R26-GB2/MMTV-PyMT, co-expressing GSDMB2 and the Polyoma-Middle-T oncogene, and assessed breast cancer generation and progression in GSDMB2-homozygous (n=10) and control (n=17) female mice up to 15 weeks of age. Results In the R26-GB2 model, which showed different GSDMB2 cytoplasmic and/or nuclear localization among tissues, we investigated if GSDMB2 expression had intrinsic tumorigenic activity. 41% of mice developed spontaneous lung tumors, but neither the frequency nor the histology of these neoplasias was significantly different from wildtype animals. Strikingly, while 17% control mice developed gastric carcinomas, no GSDMB2-positive mice did. No other tumor types or additional histological alterations were frequently seen in these mice. In the R26-GB2/MMTV-PyMT model, the strong nucleus-cytoplasmic GSDMB2 expression in breast cancer cells did not significantly affect cancer formation (number of tumors, latency, tumor weight, histology or proliferation) or lung metastasis potential compared to controls. Conclusions GSDMB2 expression alone does not have an overall tumorigenic potential in mice, but it might reduce gastric carcinogenesis. Contrary to human cancers, GSDMB2 upregulation does not significantly affect breast cancer generation and progression in mouse models. However, to evidence the GSDMB functions in cancer and other pathologies in vivo may require the presence of specific stimulus or cellular contexts. Our novel mouse strains will serve as the basis for the future development of more precise tissue-specific and context-dependent cancer models.

Abstract Chromosomal instability (CIN) is a hallmark of cancer aggressiveness, providing genetic plasticity and tumor heterogeneity that allows the tumor to evolve and adapt to stress conditions. CIN is considered a cancer therapeutic biomarker because healthy cells do not exhibit CIN. Despite recent efforts to identify therapeutic strategies related to CIN, the results obtained have been very limited. CIN is characterized by a genetic signature where a collection of genes, mostly mitotic regulators, are overexpressed in CIN-positive tumors, providing aggressiveness and poor prognosis. We attempted to identify new therapeutic strategies related to CIN genes by performing a drug screen, using cells that individually express CIN-associated genes in an inducible manner. We find that the overexpression of TPX2 enhances sensitivity to the SRC inhibitor dasatinib due to activation of the YAP pathway. Furthermore, using breast cancer data from the TCGA and a cohort of cancer-derived patient samples, we find that both TPX2 expression and YAP activation are present in a significant percentage of cancer tumor samples, providing poor prognosis, being therefore putative biomarkers for dasatinib therapy.