miR-122, an abundant liver-specific microRNA (miRNA), regulates cholesterol metabolism and promotes hepatitis C virus (HCV) replication. Reduced miR-122 expression in hepatocellular carcinoma (HCC) correlates with metastasis and poor prognosis. Nevertheless, the consequences of sustained loss of function of miR-122 in vivo have not been determined. Here, we demonstrate that deletion of mouse Mir122 resulted in hepatosteatosis, hepatitis, and the development of tumors resembling HCC. These pathologic manifestations were associated with hyperactivity of oncogenic pathways and hepatic infiltration of inflammatory cells that produce pro-tumorigenic cytokines, including IL-6 and TNF. Moreover, delivery of miR-122 to a MYC-driven mouse model of HCC strongly inhibited tumorigenesis, further supporting the tumor suppressor activity of this miRNA. These findings reveal critical functions for miR-122 in the maintenance of liver homeostasis and have important therapeutic implications, including the potential utility of miR-122 delivery for selected patients with HCC and the need for careful monitoring of patients receiving miR-122 inhibition therapy for HCV.

Abstract MicroRNAs (miRs) are conserved small non‐coding RNAs that negatively regulate gene expression. The miR profiles are markedly altered in cancers and some of them have a causal role in tumorigenesis. Here, we report changes in miR expression profile in hepatocellular carcinomas (HCCs) developed in male Fisher rats‐fed folic acid, methionine, and choline‐deficient (FMD) diet. Comparison of the miR profile by microarray analysis showed altered expression of some miRs in hepatomas compared to the livers from age‐matched rats on the normal diet. While let‐7a , miR‐21 , miR‐23 , miR‐130 , miR‐190 , and miR‐17‐92 family of genes was upregulated, miR‐122 , an abundant liver‐specific miR, was downregulated in the tumors. The decrease in hepatic miR‐122 was a tumor‐specific event because it did not occur in the rats switched to the folate and methyl‐adequate diet after 36 weeks on deficient diet, which did not lead to hepatocarcinogenesis. miR‐122 was also silent in a transplanted rat hepatoma. Extrapolation of this study to human primary HCCs revealed that miR‐122 expression was significantly ( P = 0.013) reduced in 10 out of 20 tumors compared to the pair‐matched control tissues. These findings suggest that the downregulation of miR‐122 is associated with hepatocarcinogenesis and could be a potential biomarker for liver cancers. J. Cell. Biochem. 99: 671–678, 2006. © 2006 Wiley‐Liss, Inc.

Abstract Markers that reliably identify cancer stem cells (CSC) in ovarian cancer could assist prognosis and improve strategies for therapy. CD133 is a reported marker of ovarian CSC. Aldehyde dehydrogenase (ALDH) activity is a reported CSC marker in several solid tumors, but it has not been studied in ovarian CSC. Here we report that dual positivity of CD133 and ALDH defines a compelling marker set in ovarian CSC. All human ovarian tumors and cell lines displayed ALDH activity. ALDH+ cells isolated from ovarian cancer cell lines were chemoresistant and preferentially grew tumors, compared with ALDH− cells, validating ALDH as a marker of ovarian CSC in cell lines. Notably, as few as 1,000 ALDH+ cells isolated directly from CD133− human ovarian tumors were sufficient to generate tumors in immunocompromised mice, whereas 50,000 ALDH− cells were unable to initiate tumors. Using ALDH in combination with CD133 to analyze ovarian cancer cell lines, we observed even greater growth in the ALDH+CD133+ cells compared with ALDH+CD133− cells, suggesting a further enrichment of ovarian CSC in ALDH+CD133+ cells. Strikingly, as few as 11 ALDH+CD133+ cells isolated directly from human tumors were sufficient to initiate tumors in mice. Like other CSC, ovarian CSC exhibited increased angiogenic capacity compared with bulk tumor cells. Finally, the presence of ALDH+CD133+ cells in debulked primary tumor specimens correlated with reduced disease-free and overall survival in ovarian cancer patients. Taken together, our findings define ALDH and CD133 as a functionally significant set of markers to identify ovarian CSCs. Cancer Res; 71(11); 3991–4001. ©2011 AACR.

MicroRNAs are negative regulators of protein coding genes. The liver-specific microRNA-122 (miR-122) is frequently suppressed in primary hepatocellular carcinomas (HCCs). In situ hybridization demonstrated that miR-122 is abundantly expressed in hepatocytes but barely detectable in primary human HCCs. Ectopic expression of miR-122 in nonexpressing HepG2, Hep3B, and SK-Hep-1 cells reversed their tumorigenic properties such as growth, replication potential, clonogenic survival, anchorage-independent growth, migration, invasion, and tumor formation in nude mice. Further, miR-122-expressing HCC cells retained an epithelial phenotype that correlated with reduced Vimentin expression. ADAM10 (a distintegrin and metalloprotease family 10), serum response factor (SRF), and insulin-like growth factor 1 receptor (Igf1R) that promote tumorigenesis were validated as targets of miR-122 and were repressed by the microRNA. Conversely, depletion of the endogenous miR-122 in Huh-7 cells facilitated their tumorigenic properties with concomitant up-regulation of these targets. Expression of SRF or Igf1R partially reversed tumor suppressor function of miR-122. Further, miR-122 impeded angiogenic properties of endothelial cells in vitro. Notably, ADAM10, SRF, and Igf1R were up-regulated in primary human HCCs compared with the matching liver tissue. Co-labeling studies demonstrated exclusive localization of miR-122 in the benign livers, whereas SRF predominantly expressed in HCC. More importantly, growth and clonogenic survival of miR-122-expressing HCC cells were significantly reduced upon treatment with sorafenib, a multi-kinase inhibitor clinically effective against HCC. Collectively, these results suggest that the loss of multifunctional miR-122 contributes to the malignant phenotype of HCC cells, and miR-122 mimetic alone or in combination with anticancer drugs can be a promising therapeutic regimen against liver cancer.

5-Azacytidine- and 5-aza-deoxycytidine (5-aza-CdR)-mediated reactivation of tumor suppressor genes silenced by promoter methylation has provided an alternate approach in cancer therapy. Despite the importance of epigenetic therapy, the mechanism of action of DNA-hypomethylating agents in vivo has not been completely elucidated. Here we report that among three functional DNA methyltransferases (DNMT1, DNMT3A, and DNMT3B), the maintenance methyltransferase, DNMT1, was rapidly degraded by the proteasomal pathway upon treatment of cells with these drugs. The 5-aza-CdR-induced degradation, which occurs in the nucleus, could be blocked by proteasomal inhibitors and required a functional ubiquitin-activating enzyme. The drug-induced degradation occurred even in the absence of DNA replication. Treatment of cells with other nucleoside analogs modified at C-5, 5-fluorodeoxyuridine and 5-fluorocytidine, did not induce the degradation of DNMT1. Mutation of cysteine at the catalytic site of Dnmt1 (involved in the formation of a covalent intermediate with cytidine in DNA) to serine (CS) did not impede 5-aza-CdR-induced degradation. Neither the wild type nor the catalytic site mutant of Dnmt3a or Dnmt3b was sensitive to 5-aza-CdR-mediated degradation. These results indicate that covalent bond formation between the enzyme and 5-aza-CdR-incorporated DNA is not essential for enzyme degradation. Mutation of the conserved KEN box, a targeting signal for proteasomal degradation, to AAA increased the basal level of Dnmt1 and blocked its degradation by 5-aza-CdR. Deletion of the catalytic domain increased the expression of Dnmt1 but did not confer resistance to 5-aza-CdR-induced degradation. Both the nuclear localization signal and the bromo-adjacent homology domain were essential for nuclear localization and for the 5-aza-CdR-mediated degradation of Dnmt1. Polyubiquitination of Dnmt1 in vivo and its stabilization upon treatment of cells with a proteasomal inhibitor indicate that the level of Dnmt1 is controlled by ubiquitin-dependent proteasomal degradation. Overexpression of the substrate recognition component, Cdh1 but not Cdc20, of APC (anaphase-promoting complex)/cyclosome ubiquitin ligase reduced the level of Dnmt1 in both untreated and 5-aza-CdR-treated cells. In contrast, the depletion of Cdh1 with small interfering RNA increased the basal level of DNMT1 that blocked 5-aza-CdR-induced degradation. Dnmt1 interacted with Cdh1 and colocalized in the nucleus at discrete foci. Both Dnmt1 and Cdh1 were phosphorylated in vivo, but only Cdh1 was significantly dephosphorylated upon 5-aza-CdR treatment, suggesting its involvement in initiating the proteasomal degradation of DNMT1. These results demonstrate a unique mechanism for the selective degradation of DNMT1, the maintenance DNA methyltransferase, by well-known DNA-hypomethylating agents.

Accumulating evidence suggests that mesenchymal stem cells (MSCs) are recruited to the tumor microenvironment; however, controversy exists regarding their role in solid tumors. In this study, we identified and confirmed the presence of carcinoma-associated MSCs (CA-MSCs) in the majority of human ovarian tumor samples that we analyzed. These CA-MSCs had a normal morphologic appearance, a normal karyotype, and were nontumorigenic. CA-MSCs were multipotent with capacity for differentiating into adipose, cartilage, and bone. When combined with tumor cells in vivo, CA-MSCs promoted tumor growth more effectively than did control MSCs. In vitro and in vivo studies suggested that CA-MSCs promoted tumor growth by increasing the number of cancer stem cells. Although CA-MSCs expressed traditional MSCs markers, they had an expression profile distinct from that of MSCs from healthy individuals, including increased expression of BMP2, BMP4, and BMP6. Importantly, BMP2 treatment in vitro mimicked the effects of CA-MSCs on cancer stem cells, while inhibiting BMP signaling in vitro and in vivo partly abrogated MSC-promoted tumor growth. Taken together, our data suggest that MSCs in the ovarian tumor microenvironment have an expression profile that promotes tumorigenesis and that BMP inhibition may be an effective therapeutic approach for ovarian cancer.

Development of chemotherapy resistance is a major problem in ovarian cancer. One understudied mechanism of chemoresistance is the induction of quiescence, a reversible non-proliferative state. Unfortunately, little is known about regulators of quiescence. Here we identify the master transcription factor NFATC4 as a regulator of quiescence in ovarian cancer. NFATC4 is enriched in ovarian cancer stem-like cells (CSC) and correlates with decreased proliferation and poor prognosis. Treatment of cancer cells with cisplatin results in NFATC4 nuclear translocation and activation of NFATC4 pathway, while inhibition of the pathway increased chemotherapy response. Induction of NFATC4 activity results in a marked decrease in proliferation, G0 cell cycle arrest and chemotherapy resistance, both in vitro and in vivo . Finally, NFATC4 drives a quiescent phenotype in part via downregulation of MYC. Together these data identify that NFATC4 as a driver of quiescence and a potential new target to combat chemoresistance in ovarian cancer.

Tumor-associated macrophages (TAMs) and myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) play a critical role in resistance to immunotherapy. In this study, we identified epidermal growth factor-like 6 (Egfl6) as a new regulator of myeloid cell functions. Our analyses indicated that Egfl6, via binding with β3 integrins and activation of p38 and SYK signaling, acts as a chemotactic factor for myeloid cells migration and promotes their differentiation towards an immunosuppressive state. In syngeneic mouse models of ovarian cancer (OvCa), tumor expression of Egfl6 increased the intra-tumoral accumulation of polymorphonuclear (PMN) MDSCs and TAMs and their expression of immunosuppressive factors, including CXCL2, IL-10 and PD-L1. Consistent with this, in an immune 'hot' tumor model, Egfl6 expression eliminated response to a-PD-L1 therapy, while Egfl6 neutralizing antibody decreased the accumulation of tumor-infiltrating CD206+ TAMs and PMN-MDSCs and restored the efficacy of a-PD-L1 therapy. Supporting a role in human tumors, in human OvCa tissue samples, areas of high EGFL6 expression co-localized with myeloid cell infiltration. scRNAseq analyses revealed a correlation between EGFL6 and immune cell expression of immunosuppressive factors. Our data provide mechanistic insights into the onco-immunologic functions of EGFL6 in mediating tumor immune suppression and identified EGFL6 as a potential novel therapeutic target to enhance immunotherapy in OvCa patients.

Standard preclinical human tumor models lack a human tumor stroma. However, as stroma contributes to therapeutic resistance, the lack of human stroma may make current models less stringent for testing new therapies. To address this, using patient-derived tumor cells, patient derived cancer-associated mesenchymal stem/progenitor cells, and human endothelial cells, we created a Human Stroma-Patient Derived Xenograft (HS-PDX) tumor model. HS-PDX, compared to the standard PDX model, demonstrate greater resistance to targeted therapy and chemotherapy, and better reflect patient response to therapy. Furthermore, HS-PDX can be grown in mice with humanized bone marrow to create humanized immune stroma patient-derived xenograft (HIS-PDX) models. The HIS-PDX model contains human connective tissues, vascular and immune cell infiltrates. RNA sequencing analysis demonstrated a 94-96% correlation with primary human tumor. Using this model, we demonstrate the impact of human tumor stroma on response to CAR-T cell therapy and immune checkpoint inhibitor therapy. We show an immunosuppressive role for human tumor stroma and that this model can be used to identify immunotherapeutic combinations to overcome stromally mediated immunosuppression. Combined, our data confirm a critical role for human stoma in therapeutic response and indicate that HIS-PDX can be an important tool for preclinical drug testing.We developed a tumor model with human stromal, vascular, and immune cells. This model mirrors patient response to chemotherapy, targeted therapy, and immunotherapy, and can be used to study therapy resistance.