Abstract It is widely accepted that dynamic and reversible tumour cell plasticity is required for metastasis, however, in vivo steps and molecular mechanisms are poorly elucidated. We demonstrate here that monocytic (mMDSC) and granulocytic (gMDSC) subsets of myeloid-derived suppressor cells infiltrate in the primary tumour and distant organs with different time kinetics and regulate spatiotemporal tumour plasticity. Using co-culture experiments and mouse transcriptome analyses in syngeneic mouse models, we provide evidence that tumour-infiltrated mMDSCs facilitate tumour cell dissemination from the primary site by inducing EMT/CSC phenotype. In contrast, pulmonary gMDSC infiltrates support the metastatic growth by reverting EMT/CSC phenotype and promoting tumour cell proliferation. Furthermore, lung-derived gMDSCs isolated from tumour-bearing animals enhance metastatic growth of already disseminated tumour cells. MDSC-induced ‘metastatic gene signature’ derived from murine syngeneic model predicts poor patient survival in the majority of human solid tumours. Thus spatiotemporal MDSC infiltration may have clinical implications in tumour progression.

Summary While uncommon in breast cancers, oncogenic activation of the RAS/MAPK signalling pathway is frequent in claudin-low (CL) tumours, a subtype of breast malignancies enriched in features of epithelial-mesenchymal transition (EMT), suggesting an interplay between RAS activation and EMT. Using inducible models of human mammary epithelial cells, we show that RAS-mediated transformation relies on cellular reprogramming governed by the EMT-inducing transcription factor ZEB1. The path to ZEB1 induction involves a paracrine process: cells entering a senescent state following RAS activation release proinflammatory cytokines, notably IL-6 and IL-1α which promote ZEB1 expression and activity in neighbouring cells, thereby fostering their malignant transformation. Collectively, our findings unveil a previously unprecedented role for senescence in bridging RAS activation and EMT over the course of malignant transformation of human mammary epithelial cells.

Abstract Breast cancer is one of the most prominent types of cancers, in which therapeutic resistance is still a major clinical hurdle. Specific subtypes like Claudin-low (CL) and metaplastic breast cancers (MpBC) have been associated with high non-genetic plasticity, which can facilitate resistance. The overlaps and differences between these orthogonal subtypes, respectively identified by molecular and histopathological analyses, are however still insufficiently characterised. Adequate methods to identify high-plasticity tumours to better anticipate resistance are furthermore still lacking. Here we analysed 11 triple negative breast tumours, including 3 CL and 4 MpBC samples, via high-resolution spatial transcriptomics. We combined pathological annotations and deconvolution approaches to precisely identify tumour spots, on which we performed signature enrichment, differential expression and copy-number analyses. We used the TCGA and CCLE public databases for external validation of expression markers. By levying spatial transcriptomics to focus analyses only to tumour cells in MpBC samples, and therefore bypassing the negative impact of stromal contamination, we could identify specific markers that are not expressed in other subtypes nor stromal cells. Three markers ( BMPER, POPDC3 and SH3RF3 ) could furthermore be validated in external expression databases encompassing bulk tumour material and stroma-free cell lines. We find that existing bulk expression signatures of high-plasticity breast cancers are relevant in mesenchymal transdifferentiated compartments but can be hindered by stromal cell prevalence in tumour samples, negatively impacting their clinical applicability. Spatial transcriptomics analyses can however help identify more specific expression markers, and could thus enhance diagnosis and clinical care of rare high-plasticity breast cancers.