A bstract Background Intratumoural heterogeneity is a poor prognostic feature in triple-negative breast cancer (TNBC) and other high-grade malignancies. It is caused by genomic instability and phenotypic plasticity, but how these features co-evolve during tumour development remains unclear. SOX10 is a transcription factor, neural crest stem cell (NCSC) specifier and candidate mediator of cancer-associated phenotypic plasticity. Methods Using immunophenotyping, we investigated the expression of SOX10 in normal human breast tissue and breast cancer (n=21 cosmetic breast reduction and 1,860 tumour samples with clinical annotation). We then defined the context and evolution of its expression in TNBC compared to 21 other malignancies using systems-level transcriptomics. Results SOX10 was detected in nuclei of normal mammary luminal progenitor cells, the histogenic origin of most TNBCs. In breast cancer, nuclear SOX10 predicted poor outcome amongst cross-sectional (log-rank p=0.0015, hazard ratio 2.02, n=224) and metaplastic (log-rank p=0.04, n=66) TNBCs. Systems-level transcriptional network analysis identified a core module in SOX10’s normal mammary epithelial transcription program that is rewired to NCSC genes in TNBC. Reprogramming was proportional to DNA damage and genome-wide promoter hypomethylation, particularly at CpG island shores. Using a novel network analysis pipeline, we found that NCSC-like transcriptional reprogramming is also strongly associated with promoter hypomethylation in other SOX10+ malignancies: glioma and melanoma. Conclusions We propose that cancer-associated genome hypomethylation simulates the open chromatin landscape of more primitive cell states, and that on this relatively unrestricted background, SOX10 recreates its ancestral gene regulatory circuits by default. These findings provide new insights about the basis of intratumoural heterogeneity and resurrection of developmental phenotypes in cancer; and highlight the potential for therapeutics that limit chromatin remodelling.

Abstract Background Genome-wide association studies have identified a breast cancer risk locus at 19q13.31. The candidate causal variants at this locus are located in the first exon of KCNN4. KCNN4, which regulates membrane potential and Ca 2+ signaling, is a good candidate for drug repositioning because its inhibitor, Senicapoc, has been shown to be well tolerated in Phase-II and -III clinical trials for asthma and sickle cell anemia. Methods We evaluated public mRNA expression data to determine whether the allele at 19q13.31 associated with increased breast cancer risk was associated with KCNN4 expression. We also used immunohistochemistry to evaluate the relationship between KCNN4 protein expression and breast cancer survival. We then used Senicapoc in two murine mammary tumor models to determine if it would delay tumor development. We also treated mice bearing 4T1 mammary tumors with Senicapoc, by subcutaneous injection and by oral gavage. Finally we used gene editing to make deletions within Kcnn4 in 4T1 to determine whether Senicapoc had off-target effects on tumor growth. Results Analysis of the Genotype-Tissue Expression Project showed that the allele at 19q13.31 associated with increased breast cancer risk is associated with increased KCNN4 expression, suggesting that inhibiting KCNN4 might reduce breast cancer risk. Using immunohistochemistry in a large breast cancer cohort, we found that membrane and cytoplasmic expression is a marker of poor prognosis in triple negative breast cancer. We then tested the efficacy of Senicapoc to prevent and treat breast cancer. This showed that it delays the development of mammary tumors in two murine models, and slows growth of a syngeneic (4T1) model of triple negative breast cancer. Senicapoc monotherapy showed similar efficacy to anthracycline/taxane-based chemotherapy in these studies, with a stronger effect when they were combined. Conclusions These results provide a rationale for clinical testing of Senicapoc for treating, and even preventing, breast cancer.

Abstract Background The nucleocytoplasmic shuttling of ERK5 has gained recent attention as a regulator of its diverse roles in cancer progression but the exact mechanisms for this shuttling are still under investigation. Methods Using in vitro, in vivo and in silico studies, we investigated the roles of shorter ERK5 isoforms in regulating the nucleocytoplasmic shuttling of active phosphorylated-ERK5 (pERK5). Retrospective cohorts of primary and metastatic breast cancer cases were used to evaluate the association of the subcellular localization of pERK5 with clinicopathological features. Results Extranuclear localization of pERK5 was observed during cell migration in vitro and at the invasive fronts of metastatic tumors in vivo . The nuclear and extranuclear cell fractions contained different isoforms of pERK5, which are encoded by splice variants expressed in breast and other cancers in the TCGA data. One isoform, isoform-3, lacks the C-terminal transcriptional domain and the nuclear localization signal. The co-expression of isoform-3 and full-length ERK5 associated with high epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) and poor patient survival. Experimentally, expressing isoform-3 with full-length ERK5 in breast cancer cells increased cell migration, drove EMT and led to tamoxifen resistance. In breast cancer patient samples, pERK5 showed variable subcellular localizations where its extranuclear localization associated with aggressive clinicopathological features, metastasis, and poor survival. Conclusion Our studies support a model of ERK5 nucleocytoplasmic shuttling driven by splice variants in an interplay between mesenchymal and epithelial states during metastasis. Using ERK5 as a biomarker and a therapeutic target should account for its splicing and context-dependent biological functions. Graphical Abstract ERK5 isoform-3 expression deploys active ERK5 (pERK5) outside the nucleus to facilitate EMT and cell migration. In cells dominantly expressing isoform-1, pERK5 shuttles to the nucleus to drive cell expansion.