Growth factors activate mitogen-activated protein kinases (MAPKs), including extracellular signal-regulated kinases (ERKs) and Jun kinases (JNKs). Although the signaling cascade from growth factor receptors to ERKs is relatively well understood, the pathway leading to JNK activation is more obscure. Activation of JNK by epidermal growth factor (EGF) or nerve growth factor (NGF) was dependent on H-Ras activation, whereas JNK activation by tumor necrosis factor α (TNF-α) was Ras-independent. Ras activates two protein kinases, Raf-1 and MEK (MAPK, or ERK, kinase) kinase (MEKK). Raf-1 contributes directly to ERK activation but not to JNK activation, whereas MEKK participated in JNK activation but caused ERK activation only after overexpression. These results demonstrate the existence of two distinct Ras-dependent MAPK cascades—one initiated by Raf-1 leading to ERK activation, and the other initiated by MEKK leading to JNK activation.

Mitogen-activated protein kinases (MAPKs) are rapidly phosphorylated and activated in response to various extracellular stimuli in many different cell types. Such regulation of MAPK results from sequential activation of a series of protein kinases. The kinases that phosphorylate MAPKs, the MAP kinase kinases (MEKs) are also activated by phosphorylation. MEKs are related in sequence to the yeast protein kinases Byr1 (from Schizosaccharomyces pombe) and Ste7 (from Saccharomyces cerevisiae), which function in the pheromone-induced signaling pathway that results in mating. Byr1 and Ste7 are in turn regulated by the protein kinases Byr2 and Ste11. The amino acid sequence of the mouse homolog of Byr2 and Ste11, denoted MEKK (MEK kinase), was elucidated from a complementary DNA sequence encoding a protein of 672 amino acid residues (73 kilodaltons). MEKK was expressed in all mouse tissues tested, and it phosphorylated and activated MEK. Phosphorylation and activation of MEK by MEKK was independent of Raf, a growth factor-regulated protein kinase that also phosphorylates MEK. Thus, MEKK and Raf converge at MEK in the protein kinase network mediating the activation of MAPKs by hormones, growth factors, and neurotransmitters.

One Ras-dependent protein kinase cascade leading from growth factor receptors to the ERK (extracellular signal-regulated kinases) subgroup of mitogen-activated protein kinases (MAPKs) is dependent on the protein kinase Raf-1, which activates the MEK (MAPK or ERK kinase) dual specificity kinases. A second protein kinase cascade leading to activation of the Jun kinases (JNKs) is dependent on MEKK (MEK kinase). A dual-specificity kinase that activates JNK, named JNKK, was identified that functions between MEKK and JNK. JNKK activated the JNKs but did not activate the ERKs and was unresponsive to Raf-1 in transfected HeLa cells. JNKK also activated another MAPK, p38 (Mpk2; the mammalian homolog of HOG1 from yeast), whose activity is regulated similarly to that of the JNKs.

Ligand-dependent down-regulation that leads to rapid and extensive loss of protein is characteristic of several nuclear steroid receptors, including human progesterone receptors (PRs). In breast cancer cells, >95% of PRs are degraded 6 h after the start of progestin treatment. The mechanism for down-regulation is unknown. We examined the role of PR phosphorylation by mitogen-activated protein kinases (MAPKs) in this process. Lactacystin and calpain inhibitor I, specific inhibitors of the 26S proteasome, blocked progestin-induced down-regulation, and ubiquitinated conjugates of PR accumulated in cells. Ligand-dependent PR degradation was also blocked by specific inhibition of p42 and p44 MAPKs. To define the targets of phosphorylation by this kinase, two serine/proline MAPK consensus sites on PR were mutated. We demonstrate that mutation of PR serine-294 to alanine (S294A) specifically and completely prevents ligand-dependent receptor down-regulation. We also find that rapid, ligand-independent degradation of immature PR intermediates occurs by a proteasome-mediated pathway. These results demonstrate that PR destruction, by either of two alternate routes, is mediated by the 26S proteasome. Specifically, down-regulation of mature PRs occurs by a mechanism in which ligand binding activates PR phosphorylation by MAPKs at a unique serine residue, which then targets the receptors for degradation.

Abstract Breast cancer progression involves intricate interactions between cancer cells and the tumor microenvironment (TME). This study elucidates the critical role of progesterone receptor (PR) signaling in mediating the protumorigenic effects of cancer-associated fibroblasts (CAFs) on estrogen receptor–positive (ER+) luminal breast cancer cells. We demonstrate that CAFs produce physiologically relevant levels of estrogen and progesterone, which significantly contribute to breast cancer tumorigenicity. Specifically, CAF conditioned media (CM) promoted PR-dependent anchorage-independent growth, tumorsphere formation/stem cell expansion, and CD44 upregulation. CAF cells formed co-clusters more frequently with PR+ breast cancer cells relative to PR-null models. While both PR isoforms mediated these actions, PR-A was a dominant driver of tumorsphere formation/stemness, while PR-B induced robust CD44 expression and CAF/tumor cell co-cluster formation. CD44 knockdown impaired CAF/tumor cell co-clustering. Fibroblast growth factor 2 (FGF2), also secreted by CAFs, phosphorylated PR (Ser294) in a MAPK-dependent manner and activated PR to enhance CD44 expression and breast cancer tumorigenicity. The FGF receptor (FGFR) inhibitor PD173074 diminished CAF– and FGF2–dependent PR activation, tumorsphere formation, and co-clustering. In summary, this study reveals a novel mechanism through which stromal CAFs orchestrate elevated PR signaling in ER+ luminal breast cancer via secretion of both progesterone and FGF2, a potent activator of ERK1/2. Understanding tumor cell/TME interactions provides insights into potential therapeutic strategies aimed at disrupting PR– and/or FGF2/FGFR-dependent signaling pathways to prevent early metastasis in patients with ER+ breast cancer.

Triple negative breast cancer (TNBC) accounts for 15-20% of all breast cancers and mainly affects pre-menopausal and minority women. Because of the lack of ER, PR or HER2 expression in TNBC, there are limited options for tailored therapies. While TNBCs respond initially to standard of care chemotherapy, tumor recurrence commonly occurs within 1 to 3 years post-chemotherapy and is associated with early organ metastasis and a high incidence of mortality. One of the major mechanisms responsible for drug resistance and emergence of organ metastasis is activation of epithelial to mesenchymal transition (EMT) reprogramming. EMT-mediated cancer cell plasticity also promotes the enrichment of cancer cells with a CD44

Triple-negative breast cancer (TNBC) is an aggressive subtype of breast cancer that lacks expression of the nuclear steroid receptors that bind estrogens (ER) and progestogens (PRs) and does not exhibit HER2 (Human epidermal growth factor 2) receptor overexpression. Even in the face of initially effective chemotherapies, TNBC patients often relapse. One primary cause for therapy-resistant tumor progression is the activation of cellular stress signaling pathways. The glucocorticoid receptor (GR), a corticosteroid-activated transcription factor most closely related to PR, is a mediator of both endocrine/host stress and local tumor microenvironment (TME)-derived and cellular stress responses. Interestingly, GR expression is associated with a good prognosis in ER+ breast cancer but predicts poor prognosis in TNBC. Classically, GR's transcriptional activity is regulated by circulating glucocorticoids. Additionally, GR is regulated by ligand-independent signaling events. Notably, the stress-activated protein kinase, p38 MAP kinase, phosphorylates GR at serine 134 (Ser134) in response to TME-derived growth factors and cytokines, including HGF and TGFβ1. Phospho-Ser134-GR (p-Ser134-GR) associates with cytoplasmic and nuclear signaling molecules, including 14-3-3ζ, aryl hydrocarbon receptors (AhR), and hypoxia-inducible factors (HIFs). Phospho-GR/HIF-containing transcriptional complexes upregulate gene sets whose protein products include the components of inducible oncogenic signaling pathways (PTK6) that further promote cancer cell survival, chemoresistance, altered metabolism, and migratory/invasive behavior in TNBC. Recent studies have implicated liganded p-Ser134-GR (p-GR) in dexamethasone-mediated upregulation of genes related to TNBC cell motility and dysregulated metabolism. Herein, we review the tumor-promoting roles of GR and discuss how both ligand-dependent and ligand-independent/stress signaling-driven inputs to p-GR converge to orchestrate metastatic TNBC progression.

10587 Background: A germline single-nucleotide polymorphism in HSD3B1 results in adrenal-permissive (c.1100 C) and adrenal-restrictive (c.1100 A) phenotypes with respect to androgen synthesis. In pre- and post-menopausal patients with breast cancer (n=3548 and 7871) and endometrial cancer (n=1588 and 8439), we annotated samples as adrenal permissive (CC/AC) or restrictive (AA) based on HSD3B1 variant status and then examined tumoral characteristics and clinical outcomes. Methods: We utilized tumors from the Caris Life Sciences Precision Oncology Alliance database and inferred germline HSD3B1 c.1100 genotype using variant allele frequencies (VAFs): c.1100 C VAF of 0% defined the AA genotype, VAF of 40-60% defined the AC genotype, and VAF of 100% defined the CC genotype. We explored associations of each HSD3B1genotypes with other genomic (WES) and transcriptomic (RNA-seq) features, as well as with survival outcomes. To performed consider menopausal status we used the patient’s age at the time of biopsy (>55 indicating post-menopausal). Results: In breast cancer (BC) and endometrial cancer (EC), the permissive HSD3B1genotype had greater mRNA expression of the estrogen receptor ( ESR1) and co-alterations of the TP53 (p<0.0001). In post-menopausal ECs, the permissive genotype was associated with increased alterations in the PI-3-kinase pathway ( PTEN, PIK3CA, PIK3R1, p<0.0001). In pre-menopausal HER2+ BCs, the restrictive genotype was associated with worse survival (HR=1.40, 95% CI = 1.05-1.85, p=0.027) and exhibited increases in hallmark GSEA signatures including epithelial-to-mesenchymal transition. Post-menopausal basal BCs with the permissive genotype had numerically higher PD-L1 protein expression (50% vs 13%) and less PI-3-kinase alterations ( PTEN, PIK3R1, p<0.01). Post-menopausal clear cell ECs with the restrictive genotype exhibited worse survival (HR=1.60, 95% CI=1.07-2.38, p=0.03) and were 3-fold more likely to be TMB-high or MSI-high (p<0.05). Distinctly, post-menopausal endometrioid ECs of the restrictive genotype were less likely to be TMB- or MSI-high (p<0.05). Conclusions: Breast and endometrial cancers can be classified as adrenal-permissive or -restrictive based on HSD3B1 c.1100 genotype. This classification distinguishes clinical outcomes and tumoral features, particularly when stratifying by menopausal status. Importantly, these genotypes are differentially associated with druggable pathways (PI-3-kinase) and markers of immune sensitivity (PD-L1, TMB, MSI). [Table: see text]

ABSTRACT Recurrence of metastatic breast cancer stemming from acquired endocrine and chemotherapy resistance remains a health burden for women with luminal (ER+) breast cancer. Disseminated ER+ tumor cells can remain viable but quiescent for years to decades. Contributing factors to metastatic spread include the maintenance and expansion of breast cancer stem cells (CSCs). Breast CSCs frequently exist as a minority population in therapy resistant tumors. In this study, we show that cytoplasmic complexes composed of steroid receptor (SR) co-activators, PELP1 and SRC-3, modulate breast CSC expansion through upregulation of the HIF-activated metabolic target genes PFKFB3 and PFKFB4 . Seahorse metabolic assays demonstrated that cytoplasmic PELP1 influences cellular metabolism by increasing both glycolysis and mitochondrial respiration. PELP1 interacts with PFKFB3 and PFKFB4 proteins, and inhibition of PFKFB3 and PFKFB4 kinase activity blocks PELP1-induced tumorspheres and protein-protein interactions with SRC-3. PFKFB4 knockdown inhibited in vivo emergence of circulating tumor cell (CTC) populations in mammary intraductal (MIND) models. Application of PFKFB inhibitors in combination with ER targeted therapies blocked tumorsphere formation in multiple models of advanced breast cancer, including tamoxifen (TamR) and paclitaxel (TaxR) resistant models and ER+ patient-derived organoids (PDxO). Together, our data suggest that PELP1, SRC-3, and PFKFBs cooperate to drive ER+ tumor cell populations that include CSCs and CTCs. Significance Identifying non-ER pharmacological targets offers a useful approach to blocking metastatic escape from standard of care ER/estrogen (E2)-targeted strategies to overcome endocrine and chemotherapy resistance.