Summary

 We comprehensively analyzed clinical, genomic, and transcriptomic data of a cohort of 465 primary triple-negative breast cancer (TNBC). PIK3CA mutations and copy-number gains of chromosome 22q11 were more frequent in our Chinese cohort than in The Cancer Genome Atlas. We classified TNBCs into four transcriptome-based subtypes: (1) luminal androgen receptor (LAR), (2) immunomodulatory, (3) basal-like immune-suppressed, and (4) mesenchymal-like. Putative therapeutic targets or biomarkers were identified among each subtype. Importantly, the LAR subtype showed more ERBB2 somatic mutations, infrequent mutational signature 3 and frequent CDKN2A loss. The comprehensive profile of TNBCs provided here will serve as a reference to further advance the understanding and precision treatment of TNBC.

Inflammatory bowel disease is an important risk factor for colorectal cancer. We show that sphingosine-1-phosphate (S1P) produced by upregulation of sphingosine kinase 1 (SphK1) links chronic intestinal inflammation to colitis-associated cancer (CAC) and both are exacerbated by deletion of Sphk2. S1P is essential for production of the multifunctional NF-κB-regulated cytokine IL-6, persistent activation of the transcription factor STAT3, and consequent upregulation of the S1P receptor, S1PR1. The prodrug FTY720 decreased SphK1 and S1PR1 expression and eliminated the NF-κB/IL-6/STAT3 amplification cascade and development of CAC, even in Sphk2−/− mice, and may be useful in treating colon cancer in individuals with ulcerative colitis. Thus, the SphK1/S1P/S1PR1 axis is at the nexus between NF-κB and STAT3 and connects chronic inflammation and CAC.

Abstract Sphingosine-1-phosphate (S1P) is a pleiotropic bioactive lipid mediator that promotes breast cancer progression by diverse mechanisms that remain somewhat unclear. Here we report pharmacologic evidence of a critical role for sphingosine kinase 1 (SphK1) in producing S1P and mediating tumor-induced hemangiogenesis and lymphangiogenesis in a murine model of breast cancer metastasis. S1P levels increased both in the tumor and the circulation. In agreement, serum S1P levels were significantly elevated in stage IIIA human breast cancer patients, compared with age/ethnicity-matched healthy volunteers. However, treatment with the specific SphK1 inhibitor SK1-I suppressed S1P levels, reduced metastases to lymph nodes and lungs, and decreased overall tumor burden of our murine model. Both S1P and angiopoietin 2 (Ang2) stimulated hemangiogenesis and lymphangiogenesis in vitro, whereas SK1-I inhibited each process. We quantified both processes in vivo from the same specimen by combining directed in vivo angiogenesis assays with fluorescence-activated cell sorting, thereby confirming the results obtained in vitro. Notably, SK1-I decreased both processes not only at the primary tumor but also in lymph nodes, with peritumoral lymphatic vessel density reduced in SK1-I–treated animals. Taken together, our findings show that SphK1-produced S1P is a crucial mediator of breast cancer–induced hemangiogenesis and lymphangiogenesis. Our results implicate SphK1 along with S1P as therapeutic targets in breast cancer. Cancer Res; 72(3); 726–35. ©2012 AACR.

Bile acids have been shown to be important regulatory molecules for cells in the liver and gastrointestinal tract. They can activate various cell signaling pathways including extracellular regulated kinase (ERK)1/2 and protein kinase B (AKT) as well as the G-protein-coupled receptor (GPCR) membrane-type bile acid receptor (TGR5/M-BAR). Activation of the ERK1/2 and AKT signaling pathways by conjugated bile acids has been reported to be sensitive to pertussis toxin (PTX) and dominant-negative Gα(i) in primary rodent hepatocytes. However, the GPCRs responsible for activation of these pathways have not been identified. Screening GPCRs in the lipid-activated phylogenetic family (expressed in HEK293 cells) identified sphingosine-1-phosphate receptor 2 (S1P(2) ) as being activated by taurocholate (TCA). TCA, taurodeoxycholic acid (TDCA), tauroursodeoxycholic acid (TUDCA), glycocholic acid (GCA), glycodeoxycholic acid (GDCA), and S1P-induced activation of ERK1/2 and AKT were significantly inhibited by JTE-013, a S1P(2) antagonist, in primary rat hepatocytes. JTE-013 significantly inhibited hepatic ERK1/2 and AKT activation as well as short heterodimeric partner (SHP) mRNA induction by TCA in the chronic bile fistula rat. Knockdown of the expression of S1P(2) by a recombinant lentivirus encoding S1P(2) shRNA markedly inhibited the activation of ERK1/2 and AKT by TCA and S1P in rat primary hepatocytes. Primary hepatocytes prepared from S1P(2) knock out (S1P(2) (-/-) ) mice were significantly blunted in the activation of the ERK1/2 and AKT pathways by TCA. Structural modeling of the S1P receptors indicated that only S1P(2) can accommodate TCA binding. In summary, all these data support the hypothesis that conjugated bile acids activate the ERK1/2 and AKT signaling pathways primarily through S1P(2) in primary rodent hepatocytes.

Sphingosine 1-phosphate (S1P), a potent sphingolipid mediator produced by sphingosine kinase isoenzymes (SphK1 and SphK2), regulates diverse cellular processes important for breast cancer progression acting in an autocrine and/or paracrine manner. Here we show that SphK1, but not SphK2, increased S1P export from MCF-7 cells. Whereas for both estradiol (E2) and epidermal growth factor-activated SphK1 and production of S1P, only E2 stimulated rapid release of S1P and dihydro-S1P from MCF-7 cells. E2-induced S1P and dihydro-S1P export required estrogen receptor-α, not GPR30, and was suppressed either by pharmacological inhibitors or gene silencing of ABCC1 (multidrug resistant protein 1) or ABCG2 (breast cancer resistance protein). Inhibiting these transporters also blocked E2-induced activation of ERK1/2, indicating that E2 activates ERK via downstream signaling of S1P. Taken together, our findings suggest that E2-induced export of S1P mediated by ABCC1 and ABCG2 transporters and consequent activation of S1P receptors may contribute to nongenomic signaling of E2 important for breast cancer pathophysiology. Sphingosine 1-phosphate (S1P), a potent sphingolipid mediator produced by sphingosine kinase isoenzymes (SphK1 and SphK2), regulates diverse cellular processes important for breast cancer progression acting in an autocrine and/or paracrine manner. Here we show that SphK1, but not SphK2, increased S1P export from MCF-7 cells. Whereas for both estradiol (E2) and epidermal growth factor-activated SphK1 and production of S1P, only E2 stimulated rapid release of S1P and dihydro-S1P from MCF-7 cells. E2-induced S1P and dihydro-S1P export required estrogen receptor-α, not GPR30, and was suppressed either by pharmacological inhibitors or gene silencing of ABCC1 (multidrug resistant protein 1) or ABCG2 (breast cancer resistance protein). Inhibiting these transporters also blocked E2-induced activation of ERK1/2, indicating that E2 activates ERK via downstream signaling of S1P. Taken together, our findings suggest that E2-induced export of S1P mediated by ABCC1 and ABCG2 transporters and consequent activation of S1P receptors may contribute to nongenomic signaling of E2 important for breast cancer pathophysiology.

Abstract Triple negative breast cancer (TNBC) is one of the deadliest subtypes of breast cancer, whose high frequency of relapse is often due to resistance to chemotherapy. Here, we identify inosine monophosphate dehydrogenase 2 (IMPDH2) as a contributor to doxorubicin resistance, in multiple TNBC models. Analysis of publicly available datasets reveals elevated IMPDH2 expression to associate with worse overall TNBC prognosis in the clinic, including lower recurrence-free survival post adjuvant/neoadjuvant therapy. Importantly, both genetic depletion and pharmacological inhibition of IMPDH2 leads to reduction of pro-tumorigenic phenotypes in multiple doxorubicin-resistant TNBC models, both in vitro and in vivo. Overall, we propose IMPDH2 as a novel vulnerability that could be leveraged therapeutically to suppress and/or prevent the growth of chemo-resistant lesions.

To investigate the clinical relevance of common myeloid progenitor (CMP) cells in breast tumor microenvironment (TME).

Abstract Triple negative breast cancer (TNBC) is a subtype of breast cancer lacking targetable biomarkers. TNBC is known to be most aggressive, and when metastatic is often drug resistant and uncurable. Biomarkers predicting response to therapy improve treatment decisions and allow personalized approaches for TNBC patients. This study explores sulfated glycosaminoglycan (sGAG) levels as a predictor of TNBC response to platinum therapy. sGAG levels were quantified in three distinct TNBC tumor models including cell line-derived, patient-derived xenograft (PDX) tumors, and isogenic models deficient in sGAG biosynthesis. The in vivo antitumor efficacy of Triplatin, a sGAG-directed platinum agent, was compared in these models to the clinical platinum agent, carboplatin. We determined that >40% of TNBC PDX tissue microarray samples have high levels of sGAGs. The in vivo accumulation of Triplatin in tumors as well as antitumor efficacy of Triplatin positively correlated with sGAG levels on tumor cells, whereas carboplatin followed the opposite trend. In carboplatin-resistant tumor models expressing high levels of sGAGs, Triplatin decreased primary tumor growth, reduced lung metastases and inhibited metastatic growth in lungs, liver, and ovaries. sGAG levels served as a predictor of Triplatin sensitivity in TNBC. Triplatin may be particularly beneficial in treating patients with chemotherapy-resistant tumors who have evidence of residual disease after standard neoadjuvant chemotherapy. More effective neoadjuvant and adjuvant treatment will likely improve clinical outcome of TNBC. Significance TNBC is a heterogenous disease, often defined by the absence of a therapeutic target. Our recent results show sGAGs may provide a viable biomarker for Triplatin in patients with TNBC, producing a significant advantage over carboplatin in this setting. Selective precision medicine agents, such as Triplatin, that are active against chemotherapy-resistant disease and exploit molecular biomarkers like sGAGs may significantly benefit patients in this setting.