Abstract Breast cancer research is hampered by difficulties in obtaining and studying primary human breast tissue, and by the lack of in vivo preclinical models that reflect patient tumor biology accurately. To overcome these limitations, we propagated a cohort of human breast tumors grown in the epithelium-free mammary fat pad of severe combined immunodeficient (SCID)/Beige and nonobese diabetic (NOD)/SCID/IL-2γ-receptor null (NSG) mice under a series of transplant conditions. Both models yielded stably transplantable xenografts at comparably high rates (∼21% and ∼19%, respectively). Of the conditions tested, xenograft take rate was highest in the presence of a low-dose estradiol pellet. Overall, 32 stably transplantable xenograft lines were established, representing 25 unique patients. Most tumors yielding xenografts were “triple-negative” [estrogen receptor (ER)−progesterone receptor (PR)−HER2+; n = 19]. However, we established lines from 3 ER−PR−HER2+ tumors, one ER+PR−HER2−, one ER+PR+HER2−, and one “triple-positive” (ER+PR+HER2+) tumor. Serially passaged xenografts show biologic consistency with the tumor of origin, are phenotypically stable across multiple transplant generations at the histologic, transcriptomic, proteomic, and genomic levels, and show comparable treatment responses as those observed clinically. Xenografts representing 12 patients, including 2 ER+ lines, showed metastasis to the mouse lung. These models thus serve as a renewable, quality-controlled tissue resource for preclinical studies investigating treatment response and metastasis. Cancer Res; 73(15); 4885–97. ©2013 AACR.

Abstract Purpose: Human invasive breast cancers (IBC) show enormous histologic and biological diversity. This study comprehensively evaluated diversity in ductal carcinoma in situ (DCIS), the immediate precursors of IBCs. Experimental Design: The extent of diversity for conventional histologic grade and standard prognostic biomarkers assessed by immunohistochemistry was evaluated in a series of pure DCIS (n = 200) compared with a contemporaneous series of IBCs (n = 200). A subset of the DCIS (n = 25) was evaluated by DNA microarrays for the presence of luminal, basal, and erbB2 intrinsic subtypes. The extent of diversity within individual cases of DCIS (n = 120) was determined by assessing multiple regions independently for histologic (nuclear) grade and several biomarkers by immunohistochemistry, which approximate microarrays in determining intrinsic subtypes. Results: DCIS showed a broad distribution of conventional histologic grades and standard biomarkers ranging from well to poorly differentiated, nearly identical to IBCs. Microarrays showed the same intrinsic subtypes in DCIS as in IBCs. However, higher resolution analysis showed that multiple histologic grades, biomarker phenotypes, and intrinsic subtypes often coexist within the same DCIS, and these diverse regions probably compete for dominance. Diversity within cases of DCIS was highly correlated with mutated p53 (P = 0.0007). Conclusions: These results support the hypothesis that poorly differentiated DCIS gradually evolve from well-differentiated DCIS by randomly acquiring genetic defects resulting in increasingly abnormal cellular features. This diversity is amplified by defects resulting in genetic instability (e.g., p53 mutation), and the alterations are propagated to IBC in a manner independent of progression to invasion.

Mounting evidence is revealing a granularity within gene regulation that occurs at the level of mRNA translation. Within mammalian cells, canonical cap-dependent mRNA translation is dependent upon the interaction between the m7G cap-binding protein eukaryotic initiation factor 4E (eIF4E) and the scaffolding protein eukaryotic initiation factor 4G (eIF4G), the latter of which facilitates pre-translation initiation complex assembly, mRNA circularization, and ultimately ribosomal scanning. In breast epithelial cells, we previously demonstrated that the CELF1 RNA-binding protein promotes the translation of epithelial to mesenchymal transition (EMT) effector mRNAs containing GU-rich elements (GREs) within their 3' untranslated regions (UTRs). Here we show that within this context, CELF1 directly binds to both the eIF4E cap-binding protein and Poly(A) binding protein (PABP), promoting translation of GRE-containing mRNAs in mesenchymal cells. Disruption of this CELF1/eIF4E interaction inhibits both EMT induction and experimental metastasis. Our findings illustrate a novel way in which non-canonical mechanisms of translation initiation underlie transitional cellular states within the context of development or human disease.