Transcription factors and chromatin-remodeling complexes are key determinants of embryonic stem cell (ESC) identity. Here, we demonstrate that BRD4, a member of the bromodomain and extraterminal domain (BET) family of epigenetic readers, regulates the self-renewal ability and pluripotency of ESCs. BRD4 inhibition resulted in induction of epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) markers and commitment to the neuroectodermal lineage while reducing the ESC multidifferentiation capacity in teratoma assays. BRD4 maintains transcription of core stem cell genes such as OCT4 and PRDM14 by occupying their super-enhancers (SEs), large clusters of regulatory elements, and recruiting to them Mediator and CDK9, the catalytic subunit of the positive transcription elongation factor b (P-TEFb), to allow Pol-II-dependent productive elongation. Our study describes a mechanism of regulation of ESC identity that could be applied to improve the efficiency of ESC differentiation.

Components of normal tissue architecture serve as barriers to tumor progression. Inflammatory and wound-healing programs are requisite features of solid tumorigenesis, wherein alterations to immune and non-immune stromal elements enable loss of homeostasis during tumor evolution. The precise mechanisms by which normal stromal cell states limit tissue plasticity and tumorigenesis, and which are lost during tumor progression, remain largely unknown. Here we show that healthy pancreatic mesenchyme expresses the paracrine signaling molecule KITL, also known as stem cell factor, and identify loss of stromal KITL during tumorigenesis as tumor-promoting. Genetic inhibition of mesenchymal KITL in the contexts of homeostasis, injury, and cancer together indicate a role for KITL signaling in maintenance of pancreas tissue architecture, such that loss of the stromal KITL pool increased tumor growth and reduced survival of tumor-bearing mice. Together, these findings implicate loss of mesenchymal KITL as a mechanism for establishing a tumor-permissive microenvironment.

Abstract Metabolic reprogramming and metabolic plasticity allow cancer cells to fine-tune their metabolism to adapt to the ever-changing environments of the metastatic cascade, for which lipid metabolism and oxidative stress are of particular importance. Continuous production of NADPH, a cornerstone of both lipid and redox homeostasis, is essential for proliferation and cell survival suggesting that cancer cells may require larger pools of NADPH to efficiently metastasize. NADPH is recycled through reduction of NADP+ by several enzymatic systems in cells; however, de novo NADP+ is synthesized only through one known enzymatic reaction, catalysed by NAD+ kinase (NADK). Here, we show that NADK is upregulated in metastatic breast cancer cells enabling de novo production of NADP(H) and the expansion of the NADP(H) pools thereby increasing the ability of these cells to adapt to the oxidative challenges of the metastatic cascade and efficiently metastasize. Mechanistically, we found that metastatic signals lead to a histone H3.3 variant-mediated epigenetic regulation of the NADK promoter, resulting in increased NADK levels in cells with metastatic ability. Together, our work presents a previously uncharacterized role for NADK as an important contributor to breast cancer progression and suggests that NADK constitutes an important and much needed therapeutic target for metastatic breast cancers.

Summary From age 65 onwards, the risk of cancer incidence and associated mortality is substantially higher 1-3 . Nonetheless, our understanding of the complex relationship between age and cancer is still in its infancy 4 . For decades, the link has largely been attributed to increased exposure time to mutagens in older individuals. However, this view does not account for the well-established role of diet, exercise and small molecules that target the pace of metabolic aging 5-8 . Here, we show that metabolic alterations that occur with age can render a systemic environment favorable to progression and aggressiveness of tumors. Specifically, we show that methylmalonic acid (MMA), a by-product of propionate metabolism, is significantly up-regulated in the serum of older people, and functions as a mediator of tumor progression. We traced this to the induction of SOX4 and a consequent transcriptional reprogramming that can endow cancer cells with aggressive properties. Thus, accumulation of MMA represents a novel link between aging and cancer progression, implicating MMA as a novel therapeutic target for advanced carcinomas.