Michael C. Haffner 1 , Alcides Chaux 2 , Alan K. Meeker 1,2,3 , David M. Esopi 1 , Jonathan Gerber 4 , Laxmi G. Pellakuru 2 , Antoun Toubaji 2 , Pedram Argani 1,2 , Christine Iacobuzio-Donahue 1,2 , William G. Nelson 1,2,3 , George J. Netto 1,2,3 , Angelo M. De Marzo 1,2,3 , Srinivasan Yegnasubramanian 1 1 Sidney Kimmel Comprehensive Cancer Center, Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, USA 2 Department of Pathology, Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, USA 3 Brady Urological Institute, Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, USA 4 Department of Medicine, Division of Hematology, School of Medicine, Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, USA Received: September 1, 2011; Accepted: September 1, 2011; Published: September 2, 2011; Keywords: 5-hydroxymethylcytosine, 5hmC, DNA methylation, differentiation, cancer, tissue stem / progenitor cells Correspondence: Srinvasan Yegnasubramanian, email: // // Abstract DNA methylation at the 5-position of cytosines (5mC) represents an important epigenetic modification involved in tissue differentiation and is frequently altered in cancer. Recent evidence suggests that 5mC can be converted to 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) in an enzymatic process involving members of the TET protein family. Such 5hmC modifications are known to be prevalent in DNA of embryonic stem cells and in the brain, but the distribution of 5hmC in the majority of embryonic and adult tissues has not been rigorously explored. Here, we describe an immunohistochemical detection method for 5hmC and the application of this technique to study the distribution of 5hmC in a large set of mouse and human tissues. We found that 5hmC was abundant in the majority of embryonic and adult tissues. Additionally, the level of 5hmC closely tracked with the differentiation state of cells in hierarchically organized tissues. The highest 5hmC levels were observed in terminally differentiated cells, while less differentiated tissue stem/progenitor cell compartments had very low 5hmC levels. Furthermore, 5hmC levels were profoundly reduced in carcinoma of the prostate, breast and colon compared to normal tissues. Our findings suggest a distinct role for 5hmC in tissue differentiation, and provide evidence for its large-scale loss in cancers.

Abstract Purpose: Detecting circulating plasma tumor DNA (ptDNA) in patients with early-stage cancer has the potential to change how oncologists recommend systemic therapies for solid tumors after surgery. Droplet digital polymerase chain reaction (ddPCR) is a novel sensitive and specific platform for mutation detection. Experimental Design: In this prospective study, primary breast tumors and matched pre- and postsurgery blood samples were collected from patients with early-stage breast cancer (n = 29). Tumors (n = 30) were analyzed by Sanger sequencing for common PIK3CA mutations, and DNA from these tumors and matched plasma were then analyzed for PIK3CA mutations using ddPCR. Results: Sequencing of tumors identified seven PIK3CA exon 20 mutations (H1047R) and three exon 9 mutations (E545K). Analysis of tumors by ddPCR confirmed these mutations and identified five additional mutations. Presurgery plasma samples (n = 29) were then analyzed for PIK3CA mutations using ddPCR. Of the 15 PIK3CA mutations detected in tumors by ddPCR, 14 of the corresponding mutations were detected in presurgical ptDNA, whereas no mutations were found in plasma from patients with PIK3CA wild-type tumors (sensitivity 93.3%, specificity 100%). Ten patients with mutation-positive ptDNA presurgery had ddPCR analysis of postsurgery plasma, with five patients having detectable ptDNA postsurgery. Conclusions: This prospective study demonstrates accurate mutation detection in tumor tissues using ddPCR, and that ptDNA can be detected in blood before and after surgery in patients with early-stage breast cancer. Future studies can now address whether ptDNA detected after surgery identifies patients at risk for recurrence, which could guide chemotherapy decisions for individual patients. Clin Cancer Res; 20(10); 2643–50. ©2014 AACR.

Consumers of higher levels of Brassica vegetables, particularly those of the genus Brassica (broccoli, Brussels sprouts and cabbage), reduce their susceptibility to cancer at a variety of organ sites. Brassica vegetables contain high concentrations of glucosinolates that can be hydrolyzed by the plant enzyme, myrosinase, or intestinal microflora to isothiocyanates, potent inducers of cytoprotective enzymes and inhibitors of carcinogenesis. Oral administration of either the isothiocyanate, sulforaphane, or its glucosinolate precursor, glucoraphanin, inhibits mammary carcinogenesis in rats treated with 7,12-dimethylbenz[a]anthracene. In this study, we sought to determine whether sulforaphane exerts a direct chemopreventive action on animal and human mammary tissue. The pharmacokinetics and pharmacodynamics of a single 150 μmol oral dose of sulforaphane were evaluated in the rat mammary gland. We detected sulforaphane metabolites at concentrations known to alter gene expression in cell culture. Elevated cytoprotective NAD(P)H:quinone oxidoreductase (NQO1) and heme oxygenase-1 (HO-1) gene transcripts were measured using quantitative real-time polymerase chain reaction. An observed 3-fold increase in NQO1 enzymatic activity, as well as 4-fold elevated immunostaining of HO-1 in rat mammary epithelium, provides strong evidence of a pronounced pharmacodynamic action of sulforaphane. In a subsequent pilot study, eight healthy women undergoing reduction mammoplasty were given a single dose of a broccoli sprout preparation containing 200 μmol of sulforaphane. Following oral dosing, sulforaphane metabolites were readily measurable in human breast tissue enriched for epithelial cells. These findings provide a strong rationale for evaluating the protective effects of a broccoli sprout preparation in clinical trials of women at risk for breast cancer.

We sought to evaluate the feasibility of detecting PIK3CA mutations in circulating tumor DNA (ctDNA) from plasma of patients with metastatic breast cancer using a novel technique called BEAMing.

Abstract Tumors systemically initiate metastatic niches in distant target metastatic organs. These niches, composed of bone marrow–derived hematopoietic cells, provide permissive conditions for future metastases. However, the mechanisms by which these cells mediate outgrowth of metastatic tumor cells are not completely known. Using mouse models of spontaneous breast cancer, we show enhanced recruitment of bone marrow–derived CD11b+Gr1+ myeloid progenitor cells in the premetastatic lungs. Gene expression profiling revealed that the myeloid cells from metastatic lungs express versican, an extracellular matrix proteoglycan. Notably, versican in metastatic lungs was mainly contributed by the CD11b+Ly6Chigh monocytic fraction of the myeloid cells and not the tumor cells or other stromal cells. Versican knockdown in the bone marrow significantly impaired lung metastases in vivo, without impacting their recruitment to the lungs or altering the immune microenvironment. Versican stimulated mesenchymal to epithelial transition of metastatic tumor cells by attenuating phospho-Smad2 levels, which resulted in elevated cell proliferation and accelerated metastases. Analysis of clinical specimens showed elevated versican expression within the metastatic lung of patients with breast cancer. Together, our findings suggest that selectively targeting tumor-elicited myeloid cells or versican represents a potential therapeutic strategy for combating metastatic disease. Cancer Res; 72(6); 1384–94. ©2012 AACR.