Summary  Brain metastasis accounts for significant morbidity and mortality of many cancer types, the two most common  being  lung  and  breast  cancers.  This  devastating  complication  is  initiated  by  a  rare  subset  of  the  circulating  tumor  cells  (CTCs)  shed  into  the  blood  stream.  The  crossing  of  the  blood-­brain  barrier  (BBB)  by  CTCs  is  the  first  critical  step  that  initiates  brain  metastasis.  Thus,  understanding  how  CTCs  can  breach  the  BBB  is  critical  for  developing  means  to  predict,  prevent,  or  treat  brain  metastasis.  Our  recent  study  using  ex  vivo  expanded  CTCs  isolated  from  breast  cancer  patients  identified  a  transmembrane  surface  receptor,  SEMA4D,  promotes  brain metastasis by enabling CTCs to cross the BBB via binding to its ligand PLXNB1 on the brain endothelial  cells  (BECs).  Our  preliminary  data  now  show  that  SEMA4D  stimulation  leads  to  YAP/TAZ  signaling  in  tumor  cells,  a pathway  well  known  to  promote  cell  motility  and  migration, and  recently  implicated  in  the development  of  brain  metastasis.  Therefore,  we  hypothesize  a  role  for  “reverse  signaling”  through  the  SEMA4D  cytoplasmic  tails  to  activate  YAP  signaling  for  synergizing  with  SEMA4D-­PLXNB1  tethering  to  the  BECs  to  breach  the  BBB.  We  will  utilize  our  unique  resources  of  patient-­derived  CTCs,  and  in  vitro  and  in  vivo  BBB  transmigration  assays  to  test  our  hypothesis.  The  overall  objective  of  this  proposal  is  to  dissect  the  detailed  mechanisms linking SEMA4D to YAP signaling, and the role for YAP in SEMA4D-­mediated BBB transmigration.  Delineating  the  combinatory  effect  of  SEMA4D  and  YAP  signaling  will  allow  us  to  design  potential  therapeutic  approaches  to  prevent  SEMA4D-­mediated  brain  metastasis.  Such  knowledge  will  also  provide  a  mechanistic  basis for identifying additional BBB transmigration initiators that could act similarly through receptor tethering to  BECs  and  subsequent  activation  of  YAP,  which  could  have  a  broader  impact  on  identifying  predictive  biomarkers for brain metastasis.

Project Narrative   A  devastating  complication  of  many cancers,  brain  metastasis  is  initiated by a subset  of  circulating tumor  cells  (CTCs)  shed  into  systemic  circulation.  This  proposal  aims  to  dissect  the  mechanisms  of  a  transmembrane  receptor  in  mediating  the  CTCs  to  cross  the  blood  brain  barrier,  the  first  critical  step  for  establishing  brain  metastasis.  This  proposed  research  could  significantly advance our  understanding  of the  molecular  drivers  for  the first step of brain metastasis and facilitate the development of predictive markers and targeted therapies for  brain metastasis.