Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a tightly regulated process that is critical for embryogenesis but is abnormally activated during cancer metastasis and recurrence. Here we show that a switch in CD44 alternative splicing is required for EMT. Using both in vitro and in vivo systems, we have demonstrated a shift in CD44 expression from variant isoforms (CD44v) to the standard isoform (CD44s) during EMT. This isoform switch to CD44s was essential for cells to undergo EMT and was required for the formation of breast tumors that display EMT characteristics in mice. Mechanistically, the splicing factor epithelial splicing regulatory protein 1 (ESRP1) controlled the CD44 isoform switch and was critical for regulating the EMT phenotype. Additionally, the CD44s isoform activated Akt signaling, providing a mechanistic link to a key pathway that drives EMT. Finally, CD44s expression was upregulated in high-grade human breast tumors and was correlated with the level of the mesenchymal marker N-cadherin in these tumors. Together, our data suggest that regulation of CD44 alternative splicing causally contributes to EMT and breast cancer progression.

Tumor metastasis remains the major cause of cancer-related death, but its molecular basis is still not well understood. Here we uncovered a splicing-mediated pathway that is essential for breast cancer metastasis. We show that the RNA-binding protein heterogeneous nuclear ribonucleoprotein M (hnRNPM) promotes breast cancer metastasis by activating the switch of alternative splicing that occurs during epithelial–mesenchymal transition (EMT). Genome-wide deep sequencing analysis suggests that hnRNPM potentiates TGFβ signaling and identifies CD44 as a key downstream target of hnRNPM. hnRNPM ablation prevents TGFβ-induced EMT and inhibits breast cancer metastasis in mice, whereas enforced expression of the specific CD44 standard (CD44s) splice isoform overrides the loss of hnRNPM and permits EMT and metastasis. Mechanistically, we demonstrate that the ubiquitously expressed hnRNPM acts in a mesenchymal-specific manner to precisely control CD44 splice isoform switching during EMT. This restricted cell-type activity of hnRNPM is achieved by competition with ESRP1, an epithelial splicing regulator that binds to the same cis -regulatory RNA elements as hnRNPM and is repressed during EMT. Importantly, hnRNPM is associated with aggressive breast cancer and correlates with increased CD44s in patient specimens. These findings demonstrate a novel molecular mechanism through which tumor metastasis is endowed by the hnRNPM-mediated splicing program.