Cancer stem cells (CSCs) are proposed to drive tumor initiation and progression. Yet, our understanding of the cellular and molecular mechanisms that underlie CSC properties is limited. Here we show that the activity of TAZ, a transducer of the Hippo pathway, is required to sustain self-renewal and tumor-initiation capacities in breast CSCs. TAZ protein levels and activity are elevated in prospective CSCs and in poorly differentiated human tumors and have prognostic value. Gain of TAZ endows self-renewal capacity to non-CSCs. In epithelial cells, TAZ forms a complex with the cell-polarity determinant Scribble, and loss of Scribble—or induction of the epithelial-mesenchymal transition (EMT)—disrupts the inhibitory association of TAZ with the core Hippo kinases MST and LATS. This study links the CSC concept to the Hippo pathway in breast cancer and reveals a mechanistic basis of the control of Hippo kinases by cell polarity.

The Hippo transducers YAP/TAZ have been shown to play positive, as well as negative, roles in Wnt signaling, but the underlying mechanisms remain unclear. Here, we provide biochemical, functional, and genetic evidence that YAP and TAZ are integral components of the β-catenin destruction complex that serves as cytoplasmic sink for YAP/TAZ. In Wnt-ON cells, YAP/TAZ are physically dislodged from the destruction complex, allowing their nuclear accumulation and activation of Wnt/YAP/TAZ-dependent biological effects. YAP/TAZ are required for intestinal crypt overgrowth induced by APC deficiency and for crypt regeneration ex vivo. In Wnt-OFF cells, YAP/TAZ are essential for β-TrCP recruitment to the complex and β-catenin inactivation. In Wnt-ON cells, release of YAP/TAZ from the complex is instrumental for Wnt/β-catenin signaling. In line, the β-catenin-dependent maintenance of ES cells in an undifferentiated state is sustained by loss of YAP/TAZ. This work reveals an unprecedented signaling framework relevant for organ size control, regeneration, and tumor suppression.

Wnt/β-catenin signaling plays key roles in several developmental and pathological processes. Domains of Wnt expression have been extensively investigated in the mouse, but the tissues receiving the signal remain largely unidentified. To define which cells respond to activated β-catenin during mammalian development, we generated the β-catenin-activated transgene driving expression of nuclear β-galactosidase reporter (BAT-gal) transgenic mice, expressing the lacZ gene under the control of β-catenin/T cell factor responsive elements. Reporter gene activity is found in known organizing centers, such as the midhindbrain border and the limb apical ectodermal ridge. Moreover, BAT-gal expression identifies novel sites of Wnt signaling, like notochord, endothelia, and areas of the adult brain, revealing an unsuspected dynamic pattern of β-catenin transcriptional activity. Expression of the transgene was analyzed in mutant backgrounds. In lipoprotein receptor-related protein 6-null homozygous mice, which lack a Wnt coreceptor, BAT-gal staining is absent in mutant tissues, indicating that BAT-gal mice are bona fide in vivo indicators of Wnt/β-catenin signaling. Analyses of BAT-gal expression in the adenomatous polyposis coli (multiple intestinal neoplasia/+) background revealed βcatenin transcriptional activity in intestinal adenomas but surprisingly not in normal crypt cells. In summary, BAT-gal mice unveil the entire complexity of Wnt/β-catenin signaling in mammals and have broad application potentials for the identification of Wnt-responsive cell populations in development and disease.

TGFβ ligands act as tumor suppressors in early stage tumors but are paradoxically diverted into potent prometastatic factors in advanced cancers. The molecular nature of this switch remains enigmatic. Here, we show that TGFβ-dependent cell migration, invasion and metastasis are empowered by mutant-p53 and opposed by p63. Mechanistically, TGFβ acts in concert with oncogenic Ras and mutant-p53 to induce the assembly of a mutant-p53/p63 protein complex in which Smads serve as essential platforms. Within this ternary complex, p63 functions are antagonized. Downstream of p63, we identified two candidate metastasis suppressor genes associated with metastasis risk in a large cohort of breast cancer patients. Thus, two common oncogenic lesions, mutant-p53 and Ras, selected in early neoplasms to promote growth and survival, also prefigure a cellular set-up with particular metastasis proclivity by TGFβ-dependent inhibition of p63 function.

Although specific microRNAs (miRNAs) can be upregulated in cancer, global miRNA downregulation is a common trait of human malignancies. The mechanisms of this phenomenon and the advantages it affords remain poorly understood. Here we identify a microRNA family, miR-103/107, that attenuates miRNA biosynthesis by targeting Dicer, a key component of the miRNA processing machinery. In human breast cancer, high levels of miR-103/107 are associated with metastasis and poor outcome. Functionally, miR-103/107 confer migratory capacities in vitro and empower metastatic dissemination of otherwise nonaggressive cells in vivo. Inhibition of miR-103/107 opposes migration and metastasis of malignant cells. At the cellular level, a key event fostered by miR-103/107 is induction of epithelial-to-mesenchymal transition (EMT), attained by downregulating miR-200 levels. These findings suggest a new pathway by which Dicer inhibition drifts epithelial cancer toward a less-differentiated, mesenchymal fate to foster metastasis.

The assembly of the Smad complex is critical for TGFβ signaling, yet the mechanisms that inactivate or empower nuclear Smad complexes are less understood. By means of siRNA screen we identified FAM (USP9x), a deubiquitinase acting as essential and evolutionarily conserved component in TGFβ and bone morphogenetic protein signaling. Smad4 is monoubiquitinated in lysine 519 in vivo, a modification that inhibits Smad4 by impeding association with phospho-Smad2. FAM reverts this negative modification, re-empowering Smad4 function. FAM opposes the activity of Ectodermin/Tif1γ (Ecto), a nuclear factor for which we now clarify a prominent role as Smad4 monoubiquitin ligase. Our study points to Smad4 monoubiquitination and deubiquitination as a way for cells to set their TGFβ responsiveness: loss of FAM disables Smad4-dependent responses in several model systems, with Ecto being epistatic to FAM. This defines a regulative ubiquitination step controlling Smads that is parallel to those impinging on R-Smad phosphorylation.

The p53 tumor suppressor belongs to a family of proteins that sense multiple cellular inputs to regulate cell proliferation, apoptosis, and differentiation. Whether and how these functions of p53 intersect with the activity of extracellular growth factors is not understood. Here, we report that key cellular responses to TGF-β signals rely on p53 family members. During Xenopus embryonic development, p53 promotes the activation of multiple TGF-β target genes. Moreover, mesoderm differentiation is inhibited in p53-depleted embryos. In mammalian cells, the full transcriptional activation of the CDK inhibitor p21WAF1 by TGF-β requires p53. p53-deficient cells display an impaired cytostatic response to TGF-β signals. Smad and p53 protein complexes converge on separate cis binding elements on a target promoter and synergistically activate TGF-β induced transcription. p53 can physically interact in vivo with Smad2 in a TGF-β-dependent fashion. The results unveil a previously unrecognized link between two primary tumor suppressor pathways in vertebrates.