Metastatic disease is the major cause of cancer deaths, and recurrent tumors at distant organs are a critical issue. However, how metastatic tumor cells become dormant and how and why tumors recur in target organs are not well understood. In this study, we demonstrate that BMP7 (bone morphogenetic protein 7) secreted from bone stromal cells induces senescence in prostate cancer stem-like cells (CSCs) by activating p38 mitogen-activated protein kinase and increasing expression of the cell cycle inhibitor, p21, and the metastasis suppressor gene, NDRG1 (N-myc downstream-regulated gene 1). This effect of BMP7 depended on BMPR2 (BMP receptor 2), and BMPR2 expression inversely correlated with recurrence and bone metastasis in prostate cancer patients. Importantly, this BMP7-induced senescence in CSCs was reversible upon withdrawal of BMP7. Furthermore, treatment of mice with BMP7 significantly suppressed the growth of CSCs in bone, whereas the withdrawal of BMP7 restarted growth of these cells. These results suggest that the BMP7–BMPR2–p38–NDRG1 axis plays a critical role in dormancy and recurrence of prostate CSCs in bone and suggest a potential therapeutic utility of BMP7 for recurrent metastatic disease.

Abstract Despite significant improvement in survival rates of patients with breast cancer, prognosis of metastatic disease is still dismal. Cancer stem-like cells (CSC) are considered to play a role in metastatic progression of breast cancer; however, the exact pathologic role of CSCs is yet to be elucidated. In this report, we found that CSCs (CD24−/CD44+/ESA+) isolated from metastatic breast cell lines are significantly more metastatic than non-CSC populations in an organ-specific manner. The results of our microRNA (miRNA) profile analysis for these cells revealed that CSCs that are highly metastatic to bone and brain expressed significantly lower level of miR-7 and that this miRNA was capable of modulating one of the essential genes for induced pluripotent stem cell, KLF4. Interestingly, high expression of KLF4 was significantly and inversely correlated to brain but not bone metastasis-free survival of patients with breast cancer, and we indeed found that the expression of miR-7 significantly suppressed the ability of CSCs to metastasize to brain but not to bone in our animal model. We also examined the expression of miR-7 and KLF4 in brain-metastatic lesions and found that these genes were significantly down- or upregulated, respectively, in the tumor cells in brain. Furthermore, the results of our in vitro experiments indicate that miR-7 attenuates the abilities of invasion and self-renewal of CSCs by modulating KLF4 expression. These results suggest that miR-7 and KLF4 may serve as biomarkers or therapeutic targets for brain metastasis of breast cancer. Cancer Res; 73(4); 1434–44. ©2012 AACR.

Abstract HOXA9 is often highly expressed in leukemias. However, its precise roles in leukemogenesis remain elusive. Here, we show that HOXA9 maintains gene expression for multiple anti-apoptotic pathways to promote leukemogenesis. In MLL -rearranged leukemia, MLL fusion directly activates the expression of MYC and HOXA9. Combined expression of MYC and HOXA9 induced leukemia, whereas single gene transduction of either did not, indicating a synergy between MYC and HOXA9. HOXA9 sustained expression of the genes implicated to the hematopoietic precursor identity when expressed in hematopoietic precursors, but did not reactivate it once silenced. Among the HOXA9 target genes, BCL2 and SOX4 synergistically induced leukemia with MYC . Not only BCL2, but also SOX4 suppressed apoptosis, indicating that multiple anti-apoptotic pathways underlie cooperative leukemogenesis by HOXA9 and MYC. These results demonstrate that HOXA9 is a key transcriptional maintenance factor which promotes MYC-mediated leukemogenesis, potentially explaining why HOXA9 is highly expressed in many leukemias.

Abstract Leukemic oncoproteins cause uncontrolled self-renewal of hematopoietic progenitors by aberrant gene activation, eventually causing leukemia. However, the molecular mechanism of aberrant gene activation remains elusive. Here, we showed that leukemic MLL fusion proteins associate with the HBO1 histone acetyltransferase (HAT) complex through their TRX2 domain. Among many MLL fusions, MLL-ELL particularly depended on its association with the HBO1 complex for leukemic transformation. The C-terminal portion of ELL provided a binding platform for multiple factors including AF4, EAF1 and p53. MLL-ELL activated gene expression by loading an AF4 /ENL/P-TEFb complex (AEP) onto the target promoters. The HBO1 complex promoted the use of AEP over EAF1 and p53. Moreover, the NUP98-HBO1 fusion protein exerted its oncogenic properties via interaction with MLL but not its intrinsic HAT activity. Thus, the interaction between HBO1 and MLL is an important nexus in leukemic transformation, which may serve as a therapeutic target for drug development.