Tumorigenic breast cancer cells that express high levels of CD44 and low or undetectable levels of CD24 (CD44 > /CD24 >/low ) may be resistant to chemotherapy and therefore responsible for cancer relapse. These tumorigenic cancer cells can be isolated from breast cancer biopsies and propagated as mammospheres in vitro. In this study, we aimed to test directly in human breast cancers the effect of conventional chemotherapy or lapatinib (an epidermal growth factor receptor [EGFR]/HER2 pathway inhibitor) on this tumorigenic CD44 > and CD24 >/low cell population. Paired breast cancer core biopsies were obtained from patients with primary breast cancer before and after 12 weeks of treatment with neoadjuvant chemotherapy (n = 31) or, for patients with HER2-positive tumors, before and after 6 weeks of treatment with the EGFR/HER2 inhibitor lapatinib (n = 21). Single-cell suspensions established from these biopsies were stained with antibodies against CD24, CD44, and lineage markers and analyzed by flow cytometry. The potential of cells from biopsy samples taken before and after treatment to form mammospheres in culture was compared. All statistical tests were two-sided. Chemotherapy treatment increased the percentage of CD44 > /CD24 >/low cells (mean at baseline vs 12 weeks, 4.7%, 95% confidence interval [CI] = 3.5% to 5.9%, vs 13.6%, 95% CI = 10.9% to 16.3%; P < .001) and increased mammosphere formation efficiency (MSFE) (mean at baseline vs 12 weeks, 13.3%, 95% CI = 6.0% to 20.6%, vs 53.2%, 95% CI = 42.4% to 64.0%; P < .001). Conversely, lapatinib treatment of patients with HER2-positive tumors led to a non–statistically significant decrease in the percentage of CD44 > /CD24 >/low cells (mean at baseline vs 6 weeks, 10.0%, 95% CI = 7.2% to 12.8%, vs 7.5%, 95% CI = 4.1% to 10.9%) and a non–statistically significant decrease in MSFE (mean at baseline vs 6 weeks, 16.1%, 95% CI = 8.7% to 23.5%, vs 10.8%, 95% CI = 4.0% to 17.6%). These studies provide clinical evidence for a subpopulation of chemotherapy-resistant breast cancer–initiating cells. Lapatinib did not lead to an increase in these tumorigenic cells, and, in combination with conventional therapy, specific pathway inhibitors may provide a therapeutic strategy for eliminating these cells to decrease recurrence and improve long-term survival.

Background Systemic chemotherapy for operable breast cancer substantially decreases the risk of death. Patients often have de novo resistance or incomplete response to docetaxel, one of the most active agents in this disease. We postulated that gene expression profiles of the primary breast cancer can predict the response to docetaxel. Methods We took core biopsy samples from primary breast tumours in 24 patients before treatment and then assessed tumour response to neoadjuvant docetaxel (four cycles, 100 mg/m 2 The Early Breast Cancer Trialists' Collaborative Group.Systemic treatment of early breast cancer by hormonal, cytotoxic, or immune therapy: 133 randomised trials involving 31 000 recurrences and 24 000 deaths among 75 000 women. Lancet. 1992; 339: 71-85 PubMed Google Scholar daily for 3 weeks) by cDNA analysis of RNA extracted from biopsy samples using HgU95-Av2 GeneChip. Findings From the core biopsy samples, we extracted sufficient total RNA (3-6 μg) for cDNA array analysis using HgU95-Av2 GeneChip. Differential patterns of expression of 92 genes correlated with docetaxel response (p=0·001). Sensitive tumours had higher expression of genes involved in cell cycle, cytoskeleton, adhesion, protein transport, protein modification, transcription, and stress or apoptosis; whereas resistant tumours showed increased expression of some transcriptional and signal transduction genes. In leave-one-out cross-validation analysis, ten of 11 sensitive tumours (90% specificity) and 11 of 13 resistant tumours (85% sensitivity) were correctly classified, with an accuracy of 88%. This 92-gene predictor had positive and negative predictive values of 92% and 83%, respectively. Correlation between RNA expression measured by the arrays and semiquantitative RT-PCR was also ascertained, and our results were validated in an independent set of six patients. Interpretation If validated, these molecular profiles could allow development of a clinical test for docetaxel sensitivity, thus reducing unnecessary treatment for women with breast cancer.

Background : The p53 (also known as TP53) tumor suppressor gene encodes for a nuclear phosphoprotein thought to regulate proliferation of normal cells. Most p53 mutations result in a nonfunctional protein that accumulates in tumor cell nuclei. These common mutations appear to be involved in the development and/or progression of several neoplastic diseases including human breast cancer. Purpose : Our purpose was to investigate the relationships between levels of mutant p53 protein expression, tumor cell proliferation rate, and clinical outcome in patients with node-negative breast cancer. Methods : Expression of mutant p53 protein was evaluated by frozen-section immunohistochemistry (IHC) and light microscopy in 700 breast cancers from axillary lymph node-negative patients with long-term follow-up (median, 54 months). The immunostaining signal was expressed as the sum of scores representing the proportion and staining intensity of negative and positive tumor cell nuclei (ranges, 0 and 2–8, respectively). Statistical comparisons were made between levels of p53 protein expression and disease-free survival, overall survival, and tumor proliferation rate expressed as the percentage of cells in the S phase (%S phase) as determined by flow cytometry. Results : Of the 700 tumors, 362 (52%) showed positive nuclear immunostaining (IHC score >0). Proliferation rates were significantly higher ( P = .0001) in positive tumors (median %S phase, 7.1%) than in negative tumors (4.1%). In a univariate cutpoint analysis, negative tumors (n = 388) versus low-positive tumors (IHC score = 2–6; n = 263) versus high-positive tumors (IHC score >6; n = 99) showed progressively reduced disease-free survival (80% versus 72% versus 58% at 5 years, respectively; P ≤.05 for all pairwise comparisons). Analogous results for overall survival were 88% versus 84% versus 74%; only the result for negative versus high positive tumors was significant ( P = .003). In a multivariate analysis, expression of p53 protein and high %S phase were independently associated with reduced disease-free survival ( P = .008 and .01, respectively). Conclusions : Expression of mutant p53 protein was associated with high tumor proliferation rate, early disease recurrence, and early death in node-negative breast cancer. Despite the strong direct correlation between accumulation of p53 protein and tumor proliferation rate, both factors were independently associated with poor prognosis, suggesting that p53 may have other biological functions in addition to cell-cycle regulation. Implications : This test, when combined with other prognostic factors, may enhance our ability to identify node-negative breast cancer patients at high risk for early disease recurrence and/or death, for whom the use of adjuvant chemotherapy is unequivocally justified. [J Natl Cancer Inst 85:200–206, 1993]

Background: AIB1 (SRC-3) is an estrogen receptor (ER) coactivator that, when overexpressed in cultured cells, can reduce the antagonist activity of tamoxifen-bound ERs. Signaling through the HER-2 receptor pathway activates AIB1 by phosphorylation. To determine whether high AIB1 expression alone or together with HER-2 reduces the effectiveness of tamoxifen in breast cancer patients, we quantified expression of AIB1 and HER-2 in tumors from breast cancer patients with long-term clinical follow-up who received either no adjuvant therapy or adjuvant tamoxifen therapy after breast cancer surgery. Methods: AIB1 and HER-2 protein levels in tumors from 316 breast cancer patients were determined using western blot analysis. Molecular variables (e.g., expression of AIB1, ER, progesterone receptor, p53, Bcl-2), tumor characteristics, and patient outcome were assessed using Spearman rank correlation. Disease-free survival (DFS) curves were derived from Kaplan–Meier estimates, and the curves were compared by log-rank tests. The effect of AIB1 on DFS adjusted for other prognostic factors was assessed by multivariable analysis using the Cox proportional hazards model. All statistical tests were two-sided. Results: High AIB1 expression in patients not receiving adjuvant tamoxifen therapy was associated with better prognosis and longer DFS (P = .018, log-rank test). In contrast, for patients who did receive tamoxifen therapy, high AIB1 expression was associated with worse DFS (P = .049, log-rank test), which is indicative of tamoxifen resistance. The test for interaction between AIB1 expression and tamoxifen therapy was statistically significant (P = .004). When expression of AIB1 and HER-2 were considered together, patients whose tumors expressed high levels of both AIB1 and HER-2 had worse outcomes with tamoxifen therapy than all other patients combined (P = .002, log-rank test). Conclusions: The antitumor activity of tamoxifen in patients with breast cancer may be determined, in part, by tumor levels of AIB1 and HER-2. Thus, AIB1 may be an important diagnostic and therapeutic target.

Amplification of the HER-2/neu oncogene was recently reported to predict poor clinical outcome in node-positive breast cancer patients. Since expression of the oncogene as its protein product might be even more closely related than gene amplification to disease progression, we have now examined levels of the HER-2/neu oncogene protein for its prognostic potential in both node-positive and node-negative breast cancer. Using Western blot analysis, levels of this protein were determined in 728 primary human breast tumor specimens. We examined relationships between this protein and other established markers of prognosis, as well as clinical outcome. In node-negative patients (n = 378), the HER-2/neu protein failed to predict disease outcome. However, in node-positive patients (n = 350), those patients with higher HER-2/neu protein had statistically shorter disease-free (P = .0014) and overall survival (P less than .0001) than patients with lower levels of the protein. Higher HER-2/neu protein was found in tumors without estrogen receptor (ER) (P = .02) or progesterone receptor (PgR) (P = .0003), and in patients with more than three positive lymph nodes (P = .04). A significant correlation between levels of the HER-2/neu gene protein and amplification of the gene itself was also found (n = 48, P less than .001). Multivariate analyses in these patients showed that the HER-2/neu protein is a significant independent predictor of both the disease-free and the overall survival in node-positive breast cancer, even when other prognostic factors are considered.

We investigated the possibility that cathepsin D, an estrogen-induced lysosomal protease, might have value as a prognostic factor in breast cancer by studying frozen tissue specimens from 397 patients. We measured the 34-kd mature form of the enzyme by Western blot assay and densitometry. Among 199 patients with node-negative disease, but not among 198 with node-positive disease, high levels of cathepsin D proved to be a significant predictor of reduced disease-free survival (median follow-up, 64 months), either as a continuous variable (log cathepsin D; P = 0.018) or as a dichotomous variable with an optimized cutoff point (P = 0.0001). Results were similar for overall survival (P = 0.009 and 0.0001, respectively). Relating the level of cathepsin D to other prognostic factors in the patients with node-negative disease, we found an association with aneuploidy but none with estrogen or progesterone receptors, tumor size, or the age of the patient. In multivariate analyses, a high level of cathepsin D was the most important independent factor in predicting shorter disease-free and overall survival in patients with node-negative disease. As compared with the risk in women with low levels of cathepsin D, the relative risk of tumor recurrence was 2.6 (95 percent confidence interval, 1.6 to 4.4) and the relative risk of death was 3.9 (95 percent confidence interval, 2.1 to 7.3) among those with high levels of cathepsin D. For disease-free survival, cathepsin D status was predictive of outcome primarily among those with aneuploid tumors; the actuarial five-year recurrence rates of aneuploid tumors were 60 percent among women with high levels of cathepsin D and 29 percent among those with low levels, as compared with 22 percent for all diploid tumors. We conclude that cathepsin D may be an independent predictor of early recurrence and death in node-negative breast cancer.

In the United States, prognosis and survival after the diagnosis of breast cancer is poorer among black patients and, to a lesser extent, among Hispanic patients, compared with white patients. Patients who are black or Hispanic have been reported to present with higher stage or more advanced disease. Even after adjusting for stage, however, survival rates are lower for blacks but not for Hispanics. Purpose : Our purpose was to compare survival, age, tumor size, nodal status, estrogen-receptor (ER) and progesterone-receptor (PgR) status, histologic type, S-phase fraction, DNA ploidy status, HER-2/neu protein expression, and p 53 protein status, along with systemic treatment, in a large group of white, black, and Hispanic U.S. women. Methods: From 1970 to 1991, breast tumor specimens were submitted to The University of Texas Health Science Center from 31 contributing hospitals throughout the United States for ER and PgR assay. A total of 4885 white, 1016 black, and 777 Hispanic women were eligible for this study. Median follow-up was 57 months. Results : Overall, white women were significantly more likely to be older and to have smaller tumors, have less lymph node involvement, have tumors with positive ER and PgR status, and have a lower S-phase fraction compared with Hispanic or black women. There were no clinically important differences in DNA ploidy, histologic type, HER-2/neu, and p 53 expression among the three groups. Considering all stages, white women had the best overall survival (date of diagnosis to date of death) at 5 years–75% ±1% (means ± SE), with a median survival of 166 months, but Hispanic women had an intermediate survival—70% ± 2% (median survival, 156 months), and black women had the worst survival—65% ± 2% (median survival, 117 months) ( P <.0001). For node-negative patients, there was no significant difference in disease-free survival (date of diagnosis to date of first recurrence) or overall survival, although blacks tended to have a worse prognosis. For node-positive or locally advanced disease and for metastatic disease, blacks had significantly ( P <.0001) worse disease-free and overall survival than did white or Hispanic women. Differences in the use of systemic therapy did not explain these outcomes. Conclusion : A number of biologic factors associated with poor prognosis are found with a significantly increased frequency in breast tumors from Hispanic and, particularly, from black women. Tumors with a more aggressive biology could lead to a higher stage at diagnosis and a poorer survival for the group as a whole. [J Natl Cancer Inst 86: 705–712, 1994]

Biological membranes are organized into dynamic microdomains that serve as sites for signal transduction and membrane trafficking. The formation and expansion of these microdomains are driven by intrinsic properties of membrane lipids and integral as well as membrane-associated proteins. Annexin A2 (AnxA2) is a peripherally associated membrane protein that can support microdomain formation in a Ca2+-dependent manner and has been implicated in membrane transport processes. Here, we performed a quantitative analysis of the binding of AnxA2 to solid supported membranes containing the annexin binding lipids phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate and phosphatidylserine in different compositions. We show that the binding is of high specificity and affinity with dissociation constants ranging between 22.1 and 32.2 nM. We also analyzed binding parameters of a heterotetrameric complex of AnxA2 with its S100A10 protein ligand and show that this complex has a higher affinity for the same membranes with Kd values of 12 to 16.4 nM. Interestingly, binding of the monomeric AnxA2 and the AnxA2-S100A10 complex are characterized by positive cooperativity. This cooperative binding is mediated by the conserved C-terminal annexin core domain of the protein and requires the presence of cholesterol. Together our results reveal for the first time, to our knowledge, that AnxA2 and its derivatives bind cooperatively to membranes containing cholesterol, phosphatidylserine, and/or phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate, thus providing a mechanistic model for the lipid clustering activity of AnxA2.

Abstract Introduction The human epidermal growth factor receptor 2 (HER2)-targeted therapies trastuzumab (T) and lapatinib (L) show high efficacy in patients with HER2-positive breast cancer, but resistance is prevalent. Here we investigate resistance mechanisms to each drug alone, or to their combination using a large panel of HER2-positive cell lines made resistant to these drugs. Methods Response to L + T treatment was characterized in a panel of 13 HER2-positive cell lines to identify lines that were de novo resistant. Acquired resistant lines were then established by long-term exposure to increasing drug concentrations. Levels and activity of HER2 and estrogen receptor (ER) pathways were determined by qRT-PCR, immunohistochemistry, and immunoblotting assays. Cell growth, proliferation, and apoptosis in parental cells and resistant derivatives were assessed in response to inhibition of HER or ER pathways, either pharmacologically (L, T, L + T, or fulvestrant) or by using siRNAs. Efficacy of combined endocrine and anti-HER2 therapies was studied in vivo using UACC-812 xenografts. Results ER or its downstream products increased in four out of the five ER+/HER2+ lines, and was evident in one of the two intrinsically resistant lines. In UACC-812 and BT474 parental and resistant derivatives, HER2 inhibition by T reactivated HER network activity to promote resistance. T-resistant lines remained sensitive to HER2 inhibition by either L or HER2 siRNA. With more complete HER2 blockade, resistance to L-containing regimens required the activation of a redundant survival pathway, ER, which was up-regulated and promoted survival via various Bcl2 family members. These L- and L + T-resistant lines were responsive to fulvestrant and to ER siRNA. However, after prolonged treatment with L, but not L + T, BT474 cells switched from depending on ER as a survival pathway, to relying again on the HER network (increased HER2, HER3, and receptor ligands) to overcome L's effects. The combination of endocrine and L + T HER2-targeted therapies achieved complete tumor regression and prevented development of resistance in UACC-812 xenografts. Conclusions Combined L + T treatment provides a more complete and stable inhibition of the HER network. With sustained HER2 inhibition, ER functions as a key escape/survival pathway in ER-positive/HER2-positive cells. Complete blockade of the HER network, together with ER inhibition, may provide optimal therapy in selected patients.