Improved approaches for the detection of common epithelial malignancies are urgently needed to reduce the worldwide morbidity and mortality caused by cancer. MicroRNAs (miRNAs) are small (≈22 nt) regulatory RNAs that are frequently dysregulated in cancer and have shown promise as tissue-based markers for cancer classification and prognostication. We show here that miRNAs are present in human plasma in a remarkably stable form that is protected from endogenous RNase activity. miRNAs originating from human prostate cancer xenografts enter the circulation, are readily measured in plasma, and can robustly distinguish xenografted mice from controls. This concept extends to cancer in humans, where serum levels of miR-141 (a miRNA expressed in prostate cancer) can distinguish patients with prostate cancer from healthy controls. Our results establish the measurement of tumor-derived miRNAs in serum or plasma as an important approach for the blood-based detection of human cancer.

Droplet digital PCR shows greater precision and reproducibility but no consistent gain in sensitivity when compared to real-time PCR. Nanoliter-sized droplet technology paired with digital PCR (ddPCR) holds promise for highly precise, absolute nucleic acid quantification. Our comparison of microRNA quantification by ddPCR and real-time PCR revealed greater precision (coefficients of variation decreased 37–86%) and improved day-to-day reproducibility (by a factor of seven) of ddPCR but with comparable sensitivity. When we applied ddPCR to serum microRNA biomarker analysis, this translated to superior diagnostic performance for identifying individuals with cancer.

Abstract Suppression of androgen production and function provides palliation but not cure in men with prostate cancer (PCa). Therapeutic failure and progression to hormone-refractory PCa (HRPC) are often accompanied by molecular alterations involving the androgen receptor (AR). In this study, we report novel forms of AR alteration that are prevalent in HRPC. Through in silico sequence analysis and subsequent experimental validation studies, we uncovered seven AR variant transcripts lacking the reading frames for the ligand-binding domain due to splicing of “intronic” cryptic exons to the upstream exons encoding the AR DNA-binding domain. We focused on the two most abundantly expressed variants, AR-V1 and AR-V7, for more detailed analysis. AR-V1 and AR-V7 mRNA showed an average 20-fold higher expression in HRPC (n = 25) when compared with hormone-naive PCa (n = 82; P < 0.0001). Among the hormone-naive PCa, higher expression of AR-V7 predicted biochemical recurrence following surgical treatment (P = 0.012). Polyclonal antibodies specific to AR-V7 detected the AR-V7 protein frequently in HRPC specimens but rarely in hormone-naive PCa specimens. AR-V7 was localized in the nuclei of cultured PCa cells under androgen-depleted conditions, and constitutively active in driving the expression of canonical androgen-responsive genes, as revealed by both AR reporter assays and expression microarray analysis. These results suggest a novel mechanism for the development of HRPC that warrants further investigation. In addition, as expression markers for lethal PCa, these novel AR variants may be explored as potential biomarkers and therapeutic targets for advanced PCa. [Cancer Res 2009;69(1):16–22]

Abstract MicroRNAs (miRNA) are small, endogenously expressed noncoding RNAs that negatively regulate expression of protein-coding genes at the translational level. Accumulating evidence, such as aberrant expression of miRNAs, suggests that they are involved in the development of cancer. They have been identified in various tumor types, showing that different sets of miRNAs are usually deregulated in different cancers. To identify the miRNA signature specific for prostate cancer, miRNA expression profiling of 6 prostate cancer cell lines, 9 prostate cancer xenografts samples, 4 benign prostatic hyperplasia (BPH), and 9 prostate carcinoma samples was carried out by using an oligonucleotide array hybridization method. Differential expression of 51 individual miRNAs between benign tumors and carcinoma tumors was detected, 37 of them showing down-regulation and 14 up-regulation in carcinoma samples, thus identifying those miRNAs that could be significant in prostate cancer development and/or growth. There was a significant trend (P = 0.029) between the expression of miRNAs and miRNA locus copy number determined by array comparative genomic hybridization, indicating that genetic aberrations may target miRNAs. Hierarchical clustering of the tumor samples by their miRNA expression accurately separated the carcinomas from the BPH samples and also further classified the carcinoma tumors according to their androgen dependence (hormone naive versus hormone refractory), indicating the potential of miRNAs as a novel diagnostic and prognostic tool for prostate cancer. [Cancer Res 2007;67(13):6130–5]

Abstract The standard systemic treatment for prostate cancer (PCa) is androgen ablation, which causes tumor regression by inhibiting activity of the androgen receptor (AR). Invariably, PCa recurs with a fatal androgen-refractory phenotype. Importantly, the growth of androgen-refractory PCa remains dependent on the AR through various mechanisms of aberrant AR activation. Here, we studied the 22Rv1 PCa cell line, which was derived from a CWR22 xenograft that relapsed during androgen ablation. Three AR isoforms are expressed in 22Rv1 cells: a full-length version with duplicated exon 3 and two truncated versions lacking the COOH terminal domain (CTD). We found that CTD-truncated AR isoforms are encoded by mRNAs that have a novel exon 2b at their 3′ end. Functionally, these AR isoforms are constitutively active and promote the expression of endogenous AR-dependent genes, as well as the proliferation of 22Rv1 cells in a ligand-independent manner. AR mRNAs containing exon 2b and their protein products are expressed in commonly studied PCa cell lines. Moreover, exon 2b–derived species are enriched in xenograft-based models of therapy-resistant PCa. Together, our data describe a simple and effective mechanism by which PCa cells can synthesize a constitutively active AR and thus circumvent androgen ablation. [Cancer Res 2008;68(13):5469–77]

Alternative Role for EZH2 Epigenetic regulators are implicated in cancer progression and proposed as therapeutic targets. Xu et al. (p. 1465 ; see the Perspective by Cavalli ) report that EZH2 (Enhancer of zeste homolog 2), a factor previously thought to exert its oncogenic function primarily as part of the polycomb repressive complex, acts through a distinct mechanism in cells of castration-resistant prostate cancer. Rather than exclusively silencing gene expression through histone methylation, EZH2 acts as a transcriptional coactivator. The activation function of EZH2 plays a critical role in the growth of castration-resistant prostate cancer cells, which could be relevant in future drug development.

Progression of prostate cancer following castration is associated with increased androgen receptor (AR) expression and signaling despite AR blockade. Recent studies suggest that these activities are due to the generation of constitutively active AR splice variants, but the mechanisms by which these splice variants could mediate such effects are not fully understood. Here we have identified what we believe to be a novel human AR splice variant in which exons 5, 6, and 7 are deleted (ARv567es) and demonstrated that this variant can contribute to cancer progression in human prostate cancer xenograft models in mice following castration. We determined that, in human prostate cancer cell lines, ARv567es functioned as a constitutively active receptor, increased expression of full-length AR (ARfl), and enhanced the transcriptional activity of AR. In human xenografts, human prostate cancer cells transfected with ARv567es cDNA formed tumors that were resistant to castration. Furthermore, the ratio of ARv567es to ARfl expression within the xenografts positively correlated with resistance to castration. Importantly, we also detected ARv567es frequently in human prostate cancer metastases. In summary, these data indicate that constitutively active AR splice variants can contribute to the development of castration-resistant prostate cancers and may serve as biomarkers for patients who are likely to suffer from early recurrence and are candidates for therapies directly targeting the AR rather than ligand.

The aim of this study was to investigate the hypothesis that changes in circulating microRNAs (miRs) represent potentially useful biomarkers for the diagnosis, staging and prediction of outcome in prostate cancer. Real-time polymerase chain reaction analysis of 742 miRs was performed using plasma-derived circulating microvesicles of 78 prostate cancer patients and 28 normal control individuals to identify differentially quantified miRs. A total of 12 miRs were differentially quantified in prostate cancer patients compared with controls, including 9 in patients without metastases. In all, 11 miRs were present in significantly greater amounts in prostate cancer patients with metastases compared with those without metastases. The association of miR-141 and miR-375 with metastatic prostate cancer was confirmed using serum-derived exosomes and microvesicles in a separate cohort of patients with recurrent or non-recurrent disease following radical prostatectomy. An analysis of five selected miRs in urine samples found that miR-107 and miR-574-3p were quantified at significantly higher concentrations in the urine of men with prostate cancer compared with controls. These observations suggest that changes in miR concentration in prostate cancer patients may be identified by analysing various body fluids. Moreover, circulating miRs may be used to diagnose and stage prostate cancer.

The recently identified PTEN/MMAC1 gene is a candidate tumor suppressor implicated in multiple tumor types based on mutations or homozygous deletions of the gene in certain human cancers. No studies of PTEN/MMAC1 mRNA or protein expression in cancer cells have been reported, primarily because of significant numbers of normal cells contaminating most tumor samples and because of the lack of antibody reagents. We examined PTEN/MMAC1 in advanced prostate cancer for gene mutations or abnormalities in expression by using a series of recently derived xenografts free of normal human cells and a PTEN/MMAC1-specific antibody. Only 1 of 10 tumors contained a homozygous deletion of PTEN/MMAC1, and no mutations were detected in the entire coding region of the remaining nine xenografts. However, five of these showed reduced or absent PTEN/MMAC1 expression by Northern analysis and reverse transcription–PCR of mRNA. PTEN/MMAC1 mRNA expression was restored in nonexpressing prostate cancer cells by in vitro treatment with the demethylating agent 5-azadeoxycytidine. Alterations in PTEN/MMAC1 expression were confirmed at the protein level by immunoblot analysis, and immunohistochemical studies show that the endogenous wild-type PTEN/MMAC1 protein is localized exclusively in the cytoplasm. These results demonstrate that loss of PTEN/MMAC1 expression occurs frequently in advanced prostate cancer.