Some breast cancers have been shown to contain a small fraction of cells characterized by CD44 + /CD24 −/low cell-surface antigen profile that have high tumor-initiating potential. In addition, breast cancer cells propagated in vitro as mammospheres (MSs) have also been shown to be enriched for cells capable of self-renewal. In this study, we have defined a gene expression signature common to both CD44 + /CD24 −/low and MS-forming cells. To examine its clinical significance, we determined whether tumor cells surviving after conventional treatments were enriched for cells bearing this CD44 + /CD24 −/low -MS signature. The CD44 + /CD24 −/low -MS signature was found mainly in human breast tumors of the recently identified “claudin-low” molecular subtype, which is characterized by expression of many epithelial-mesenchymal-transition (EMT)-associated genes. Both CD44 + /CD24 −/low -MS and claudin-low signatures were more pronounced in tumor tissue remaining after either endocrine therapy (letrozole) or chemotherapy (docetaxel), consistent with the selective survival of tumor-initiating cells posttreatment. We confirmed an increased expression of mesenchymal markers, including vimentin ( VIM ) in cytokeratin-positive epithelial cells metalloproteinase 2 ( MMP 2), in two separate sets of postletrozole vs. pretreatment specimens. Taken together, these data provide supporting evidence that the residual breast tumor cell populations surviving after conventional treatment may be enriched for subpopulations of cells with both tumor-initiating and mesenchymal features. Targeting proteins involved in EMT may provide a therapeutic strategy for eliminating surviving cells to prevent recurrence and improve long-term survival in breast cancer patients.

Abstract Breast cancer research is hampered by difficulties in obtaining and studying primary human breast tissue, and by the lack of in vivo preclinical models that reflect patient tumor biology accurately. To overcome these limitations, we propagated a cohort of human breast tumors grown in the epithelium-free mammary fat pad of severe combined immunodeficient (SCID)/Beige and nonobese diabetic (NOD)/SCID/IL-2γ-receptor null (NSG) mice under a series of transplant conditions. Both models yielded stably transplantable xenografts at comparably high rates (∼21% and ∼19%, respectively). Of the conditions tested, xenograft take rate was highest in the presence of a low-dose estradiol pellet. Overall, 32 stably transplantable xenograft lines were established, representing 25 unique patients. Most tumors yielding xenografts were “triple-negative” [estrogen receptor (ER)−progesterone receptor (PR)−HER2+; n = 19]. However, we established lines from 3 ER−PR−HER2+ tumors, one ER+PR−HER2−, one ER+PR+HER2−, and one “triple-positive” (ER+PR+HER2+) tumor. Serially passaged xenografts show biologic consistency with the tumor of origin, are phenotypically stable across multiple transplant generations at the histologic, transcriptomic, proteomic, and genomic levels, and show comparable treatment responses as those observed clinically. Xenografts representing 12 patients, including 2 ER+ lines, showed metastasis to the mouse lung. These models thus serve as a renewable, quality-controlled tissue resource for preclinical studies investigating treatment response and metastasis. Cancer Res; 73(15); 4885–97. ©2013 AACR.

Epigenetic silencing of O(6)-methylguanine-DNA-methyltransferase (MGMT) by promoter methylation is associated with improved survival in glioblastomas treated with alkylating agents. In this study, we investigated MGMT promoter methylation in glioblastomas treated with temozolomide and radiotherapy in a single UK treatment centre.Quantitative methylation data at individual CpG sites were obtained by pyrosequencing for 109 glioblastomas.Median overall survival (OS) was 12.4 months with 2-year survival of 17.9%. Pyrosequencing data were reproducible with archival samples yielding data for all glioblastomas. Variation in methylation patterns of discrete CpG sites and intratumoral methylation heterogeneity were observed. A total of 58 out of 109 glioblastomas showed average methylation >non-neoplastic brain in at least one clinical sample; 86% had homogeneous methylation status in multiple samples. Methylation was an independent prognostic factor associated with prolonged progression-free survival (PFS) and OS. Cases with methylation more than 35% had the longest survival (median PFS 19.2; OS 26.2 months, 2-year survival of 59.7%). Significant differences in PFS were seen between those with intermediate or high methylation and unmethylated cases, whereas cases with low, intermediate or high methylation all showed significantly different OS.These data indicate that MGMT methylation is prognostically significant in glioblastomas given chemoradiotherapy in the routine clinic; furthermore, the extent of methylation may be used to provide additional prognostic stratification.

Abstract Purpose: Accumulating evidence supports the existence of breast cancer stem cells (BCSC), which are characterized by their capacity to self-renew and divide indefinitely and resistance to conventional therapies. The Notch pathway is important for stem cell renewal and is a potential target for BCSC-directed therapy. Experimental Design: Using human breast tumorgraft studies, we evaluated the impact of gamma secretase inhibitors (GSI) on the BCSC population and the efficacy of combining GSI with docetaxel treatment. The mouse experimental therapy paralleled a concurrent clinical trial in patients with advanced breast cancer, designed to determine the maximum-tolerated dose of the GSI, MK-0752, administered sequentially with docetaxel, and to evaluate BCSC markers in serial tumor biopsies. Results: Treatment with GSI reduced BCSCs in MC1 and BCM-2147 tumorgrafts by inhibition of the Notch pathway. GSI enhanced the efficacy of docetaxel in preclinical studies. In the clinical trial, 30 patients with advanced breast cancer were treated with escalating doses of MK-0752 plus docetaxel. Clinically, meaningful doses of both drugs were possible with manageable toxicity and preliminary evidence of efficacy. A decrease in CD44+/CD24−, ALDH+, and mammosphere-forming efficiency were observed in tumors of patients undergoing serial biopsies. Conclusions: These preclinical data show that pharmacologic inhibition of the Notch pathway can reduce BCSCs in breast tumorgraft models. The clinical trial shows feasibility of combination GSI and chemotherapy, and together these results encourage further study of Notch pathway inhibitors in combination with chemotherapy in breast cancer. Clin Cancer Res; 19(6); 1512–24. ©2012 AACR.