Despite advances in early detection and treatment, invasion and metastasis of breast tumors remains a major hurdle. Cystatin A (CSTA, also called stefin A), an estrogen-regulated gene in breast cancer cells, is an inhibitor of cysteine cathepsins, and a purported tumor suppressor. Loss of CSTA expression in breast tumors evidently shifts the balance in favor of cysteine cathepsins, thereby promoting extracellular matrix remodeling, tumor invasion and metastasis. However, the underlying mechanism behind the loss of CSTA expression in breast tumors is not known. Here, we have analyzed CSTA expression, and methylation of upstream and intron-2 CpG sites within the CSTA locus in human breast cancer cell lines and breast tumors of the TCGA cohort. Results showed an inverse relationship between expression and methylation. Sequence analysis revealed a potential estrogen response element (ERE) in the intron-2. Analysis of ChIP-seq data (ERP000380) and our own ChIP experiments showed that 17β-estradiol (E2) enhanced ERα binding to this ERE in MCF-7 cells. This ERE was located amidst the differentially methylated intron-2 CpG sites, which provoked us to examine the possible conflict between estrogen-regulation of CSTA and DNA methylation in the intron-2. We analyzed the expression of CSTA and its regulation by estrogen in MDA-MB-231 and T47D cells subjected to global demethylation by 5-azacytidine (5-aza). 5-aza, not only enhanced CSTA expression in these cell lines but also restored estrogen-regulation of CSTA in these cells. Taken together, our results indicate that DNA methylation- dependent silencing could play a significant role in the loss of CSTA expression in breast tumors. The potential of DNA methylation as an indicator of CSTA expression or as a marker of tumor progression can be explored in future investigations. Furthermore, our results indicate the convergence of ERα-mediated estrogen regulation and DNA methylation in the intron-2, thereby offering a novel context to understand the role of estrogen-ERα signaling axis in breast tumor invasion and metastasis.

Abstract Small nucleolar RNAs (snoRNAs) a class of ncRNAs that canonically guide post-transcriptional modifications, including 2'-O-methylation, on ribosomal RNA (rRNA) and small nuclear RNA (snRNA). While traditionally considered housekeeping genes, snoRNAs have increasingly been found to function in diverse physiologic and pathologic processes, including cancer. In an immune-competent murine model of triple negative breast cancer (TNBC) lymphatic metastasis, we identified the snoRNA Snord67 as one of the most upregulated noncoding RNAs in axillary LN (AxLN) tumors relative to mammary fat pad (MFP) tumors and lung metastases. Loss of Snord67 resulted in decreased colony formation and spheroid size in murine and human TNBC cell lines, and led to decreased lymph node tumor growth and decreased distant metastases in two immune-competent murine models of TNBC lymphatic dissemination. To determine the mechanism by which Snord67 promotes tumor growth and metastasis, we examined the impact of Snord67 on 2'-O-methylation, gene expression, and alternative splicing. Loss of Snord67 in TNBC cell lines led to decreased 2'-O-methylation at the C60 nucleotide (Cm60) in the core spliceosome component U6 snRNA. Re-introduction of wild-type Snord67 rescued Cm60 in U6 snRNA and rescued the colony formation and spheroid phenotypes of the Snord67 knockout cell lines. However, a mutant Snord67 incapable of guiding U6 Cm60 only partially rescued these in vitro phenotypes, suggesting that Snord67 promotes in vitro tumor cell growth at least in part by guiding Cm60 in U6 snRNA. We then performed RNA sequencing of Snord67 knockout and wild-type murine and human TNBC cell lines. We found that loss of Snord67 led to widespread changes in alternative splicing, consistent with its role in guiding 2'-O-methylation of the core spliceosome component U6. We further demonstrated that the inclusion of alternatively spliced cassette exons in MYO18A and NFYA was not only downregulated upon Snord67 knockout in a human TNBC cell line, but also positively correlated with Snord67 expression levels in primary breast tumors and lymph node metastases from breast cancer patients. Based on these results, we propose a model in which Snord67 guides U6 Cm60, which leads to a pro-metastatic alternative splicing program and thereby promotes lymph node tumor growth and distant metastasis. Citation Format: Katherine I Zhou, Yvonne Chao, Kwame K Forbes, Alessandro Porrello, Gabrielle M Gentile, Aaron C Chack, Dixcy J.S. John Mary, Haizhou Liu, Yinzhou Zhu, Eric Cockman, Lincy Edatt, Grant A Goda, Justin Zhao, Hala Abou Assi, Hannah J Wiedner, Yi-Hsuan Tsai, Lily Wilkinson, Amanda E Van Swearingen, Lisa A Carey, Jimena Giudice, Daniel Dominguez, Christopher L Holley, Chad V Pecot. Snord67 promotes breast cancer metastasis through U6-mediated alternative splicing [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: RNAs as Drivers, Targets, and Therapeutics in Cancer; 2024 Nov 14-17; Bellevue, Washington. Philadelphia (PA): AACR; Mol Cancer Ther 2024;23(11_Suppl):Abstract nr A003.