Tamoxifen, an estrogen receptor (ER) antagonist, is the mainstay treatment of breast cancer and the development of resistance represents a major obstacle for a cure. Although long non-coding RNAs such as HOTAIR have been implicated in breast tumorigenesis, their roles in chemotherapy resistance remain largely unknown. In this study, we report that HOTAIR (HOX antisense intergenic RNA) is upregulated in tamoxifen-resistant breast cancer tissues compared to their primary counterparts. Mechanistically, HOTAIR is a direct target of ER-mediated transcriptional repression and is thus restored upon the blockade of ER signaling, either by hormone deprivation or by tamoxifen treatment. Interestingly, this elevated HOTAIR increases ER protein level and thus enhances ER occupancy on the chromatin and potentiates its downstream gene regulation. HOTAIR overexpression is sufficient to activate the ER transcriptional program even under hormone-deprived conditions. Functionally, we found that HOTAIR overexpression increases breast cancer cell proliferation, whereas its depletion significantly impairs cell survival and abolishes tamoxifen-resistant cell growth. In conclusion, the long non-coding RNA HOTAIR is directly repressed by ER and its upregulation promotes ligand-independent ER activities and contributes to tamoxifen resistance.

Understanding the mechanisms of androgen receptor (AR) activation in the milieu of low androgen is critical to effective treatment of castration-resistant prostate cancer (CRPC). Here, we report HOTAIR as an androgen-repressed lncRNA, and, as such, it is markedly upregulated following androgen deprivation therapies and in CRPC. We further demonstrate a distinct mode of lncRNA-mediated gene regulation, wherein HOTAIR binds to the AR protein to block its interaction with the E3 ubiquitin ligase MDM2, thereby preventing AR ubiquitination and protein degradation. Consequently, HOTAIR expression is sufficient to induce androgen-independent AR activation and drive the AR-mediated transcriptional program in the absence of androgen. Functionally, HOTAIR overexpression increases, whereas HOTAIR knockdown decreases, prostate cancer cell growth and invasion. Taken together, our results provide compelling evidence of lncRNAs as drivers of androgen-independent AR activity and CRPC progression, and they support the potential of lncRNAs as therapeutic targets.

BRCA1 promotes homologous recombination repair and antagonizes 53BP1-dependent nonhomologous end joining (NHEJ) pathway. However, the molecular basis of the competition between BRCA1 and 53BP1 pathways remains elusive. Here we report that RIF1 protein translocates to damage sites via ATM-dependent 53BP1 phosphorylation. Strikingly, loss of RIF1 rescues initial DNA end resection and checkpoint activation in BRCA1-depleted cells. Interestingly RIF1 accumulation at damage sites is antagonized by BRCA1 in S and G2 phases. Conversely, the translocation of BRCA1 to damage sites is inhibited by RIF1 in G1 phase. However, loss of RIF1 differs from that of 53BP1 deficiency, as it cannot fully rescue RAD51 foci formation, homologous recombination defect, and radio-hypersensitivity in BRCA1-deficient cells. This is likely because RIF1, but not 53BP1, also regulates the foci formation and chromatin loading of BLM (the Bloom syndrome helicase). Thus, RIF1 not only acts downstream of 53BP1 and counteracts BRCA1-mediated end resection but also has a secondary role in promoting BLM function in DNA repair. BRCA1 promotes homologous recombination repair and antagonizes 53BP1-dependent nonhomologous end joining (NHEJ) pathway. However, the molecular basis of the competition between BRCA1 and 53BP1 pathways remains elusive. Here we report that RIF1 protein translocates to damage sites via ATM-dependent 53BP1 phosphorylation. Strikingly, loss of RIF1 rescues initial DNA end resection and checkpoint activation in BRCA1-depleted cells. Interestingly RIF1 accumulation at damage sites is antagonized by BRCA1 in S and G2 phases. Conversely, the translocation of BRCA1 to damage sites is inhibited by RIF1 in G1 phase. However, loss of RIF1 differs from that of 53BP1 deficiency, as it cannot fully rescue RAD51 foci formation, homologous recombination defect, and radio-hypersensitivity in BRCA1-deficient cells. This is likely because RIF1, but not 53BP1, also regulates the foci formation and chromatin loading of BLM (the Bloom syndrome helicase). Thus, RIF1 not only acts downstream of 53BP1 and counteracts BRCA1-mediated end resection but also has a secondary role in promoting BLM function in DNA repair.

Enhancer of Zeste 2 (EZH2) is the enzymatic subunit of Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2), which catalyzes histone H3 lysine 27 trimethylation (H3K27me3) at target promoters for gene silencing. Here, we report that EZH2 activates androgen receptor (AR) gene transcription through direct occupancy at its promoter. Importantly, this activating role of EZH2 is independent of PRC2 and its methyltransferase activities. Genome-wide assays revealed extensive EZH2 occupancy at promoters marked by either H3K27ac or H3K27me3, leading to gene activation or repression, respectively. Last, we demonstrate enhanced efficacy of enzymatic EZH2 inhibitors when used in combination with AR antagonists in blocking the dual roles of EZH2 and suppressing prostate cancer progression in vitro and in vivo. Taken together, our study reports EZH2 as a transcriptional activator, a key target of which is AR, and suggests a drug-combinatory approach to treat advanced prostate cancer.

ABSTRACT HOXB13, a homeodomain transcription factor, critically regulates androgen receptor (AR) function and promotes androgen-dependent prostate cancer (PCa) growth. However, the functions of HOXB13 in an AR-independent context remain elusive. Here we report an essential role of HOXB13 in directly suppressing lipogenic transcriptional programs in both AR-positive and -negative PCa cells. The MEIS domain (aa70-150) of HOXB13 interacts with the histone deacetylase HDAC3, which is disrupted by HOXB13 G84E mutation that has been associated with early-onset PCa. Thus, HOXB13 wildtype (WT), but not G84E mutant, recruits HDAC3 to lipogenic enhancers to catalyze histone de-acetylation and suppress lipogenic programs. HOXB13 knockdown unleashes the expression of key lipogenic regulators such as fatty acid synthase (FASN), requiring HDAC3. Analysis of human tissues revealed that HOXB13 is lost in about 30% of metastatic castration-resistant PCa, at least in part, through DNA hypermethylation. Functionally, loss of HOXB13 leads to massive lipid accumulation in PCa cells, thereby promoting cell motility in vitro and fueling xenograft tumor metastasis in vivo , which is mitigated by pharmaceutical inhibitors of FASN. In summary, our study discovers an essential AR-independent function of HOXB13 in repressing de novo lipogenesis and inhibiting tumor metastasis and defines a subclass of PCa that may benefit from lipogenic pathway inhibitors.