ABSTRACT GeneCodis is a web-based tool for functional enrichment analysis that allows researchers to integrate different sources of annotations. It extracts sets of significant concurrent annotations and assigns a statistical score to evaluate those that are significantly enriched in the input list. Since its first release in 2007, it has been widely employed to analyze lists of genes in order to interpret the underlying biological mechanisms. Here we present GeneCodis 4, a new release that expands the functional analysis provided by the application, to accept regulatory elements, including lists of, transcription factors, CpG sites and miRNAs. It also incorporates new annotation databases and improved interactive visualizations functionalities to explore results. GeneCodis 4 is freely available at https://genecodis.genyo.es .

ABSTRACT Small non-coding RNAs have gained substantial attention due to their roles in animal development and human disorders. Among them, microRNAs are unique because individual gene sequences are conserved across the animal kingdom. In addition, unique and mechanistically well understood features can clearly distinguish bona fide miRNAs from the myriad other small RNAs generated by cells. However, making this separation is not a common practice and, thus, not surprisingly, the heterogeneous quality of available miRNA complements has become a major concern in microRNA research. We addressed this by extensively expanding our curated microRNA gene database MirGeneDB to 45 organisms that represent the full taxonomic breadth of Metazoa. By consistently annotating and naming more than 10,900 microRNA genes in these organisms, we show that previous microRNA annotations contained not only many false positives, but surprisingly lacked more than 2,100 bona fide microRNAs. Indeed, curated microRNA complements of closely related organisms are very similar and can be used to reconstruct Metazoan evolution. MirGeneDB represents a robust platform for microRNA-based research, providing deeper and more significant insights into the biology and evolution of miRNAs but also biomedical and biomarker research. MirGeneDB is publicly and freely available at http://mirgenedb.org/ .

Abstract Terminal nucleotidyl transferases are enzymes that add non-templated nucleotides to RNA molecules. In the case of microRNAs, this process was shown to be functionally relevant for their maturation process and generation of isomiRs with non-canonical mRNA targets. Deconvolution of these posttranscriptional modifications is challenging in particular for extracellular miRNAs that are considered as a target for minimally-invasive diagnostics. Massively parallel RNA sequencing is the only method that can truthfully reveal isomiR diversity in biological samples and determine relative quantities. Improvements aside, current small RNA sequencing strategies remain imprecise. We developed IsoSeek that diverges from these methods by making use of randomized 5’- and 3’-adapters combined with a 10N unique molecular identifier (UMI). Using synthetic miRNA and isomiR spike-in sets and testing depletion and RNA competition strategies in 7 sequencing rounds of >100 samples, we rigorously optimized and validated the technical accuracy of the IsoSeek method. In genetically-altered HEK293, we characterized the terminal uridylase (TUT4/TUT7) dependent miRNA uridylome and discovered extensive uridylation of disease-associated miRNAs. Notably, 3’-uridylated isomiR profiles of plasma extracellular vesicles (EVs) rely on UMI-correction. Thus, IsoSeek advances our knowledge of cell-free miRNAs and supports development into non-invasive biomarkers.

Abstract Background Tumor cells release extracellular vesicles (EVs) that contribute to the polarization of macrophages towards tumor-associated macrophages (TAMs). High expression levels of the RNA binding protein IGF2BP2/IMP2 are correlated with increased tumor cell proliferation, invasion, and poor prognosis in the clinic. However, there is a lack of understanding of whether IMP2 affects the cargo of cancer cell-derived EVs, thereby modulating macrophage polarization. Methods EVs were isolated from IMP2-expressing HCT116 parental cells (WT) and CRISPR/Cas9 IMP2 knockout (KO) cells. EVs were characterized according to MISEV guidelines, microRNA cargo was assessed by microRNA-Seq, and the protein cargo was analyzed by proteomics. Primary human monocyte-derived macrophages (HMDMs) were polarized by EVs, and the expression of genes and surface markers was assessed using qPCR and flow cytometry, respectively. Morphological changes of macrophages, as well as the migratory potential of cancer cells, were assessed by the Incucyte ® system and macrophage matrix degradation potential by zymography. Changes in the metabolic activity of macrophages were quantified using a Seahorse ® analyzer. For in vivo studies, EVs were injected into the yolk sac of zebrafish larvae, and macrophages were isolated by fluorescence-activated cell sorting. Results EVs from WT and KO cells had a similar size and concentration and were positive for 25 vesicle markers. The expression of tumor-promoting genes was higher in macrophages polarized with WT EVs than KO EVs, while the expression of TNF and IL6 was reduced. A similar pattern was observed in macrophages from zebrafish larvae treated in vivo. WT EV-polarized macrophages showed a higher abundance of TAM-like surface markers, higher matrix degrading activity, as well as a higher promotion of cancer cell migration. MicroRNA-Seq revealed a significant difference in the microRNA composition of WT and KO EVs, particularly a high abundance of miR-181a-5p in WT EVs, which was absent in KO EVs. Inhibitors of macropinocytosis and phagocytosis antagonized the delivery of miR-181a-5p into macrophages and the downregulation of the miR-181a-5p target DUSP6 . Proteomics data showed differences in protein cargo in KO vs . WT EVs, with the differentially abundant proteins mainly involved in metabolic pathways. WT EV-treated macrophages exhibited a higher basal oxygen consumption rate and a lower extracellular acidification rate than KO EV-treated cells. Conclusion Our results show that IMP2 determines the cargo of EVs released by cancer cells, thereby modulating the EVs' actions on macrophages. Expression of IMP2 is linked to the secretion of EVs that polarize macrophages towards a tumor-promoting phenotype.

Background: MicroRNAs (miRNAs) are small RNA molecules (~22 nucleotide long) involved in post-transcriptional gene regulation. Advances in high-throughput sequencing technologies led to the discovery of isomiRs, which are miRNA sequence variants. While many miRNA-seq analysis tools exist, a lack of consensus on miRNA/isomiR analyses exists, and the resulting diversity of output formats hinders accurate comparisons between tools and precludes data sharing and the development of common downstream analysis methods. Findings: To overcome this situation, we present here a community-based project, miRTOP (miRNA Transcriptomic Open Project) working towards the optimization of miRNA analyses. The aim of miRTOP is to promote the development of downstream analysis tools that are compatible with any existing detection and quantification tool. Based on the existing GFF3 format, we first created a new standard format, mirGFF3, for the output of miRNA/isomiR detection and quantification results from small RNA-seq data. Additionally, we developed a command line Python tool, mirtop, to manage the mirGFF3 format. Currently, mirtop can convert into mirGFF3 the outputs of commonly used pipelines, such as seqbuster, miRge2.0, isomiR-SEA, sRNAbench, and Prost!, as well as BAM files. Its open architecture enables any tool or pipeline to output results in mirGFF3. Conclusions: Collectively a comprehensive isomiR categorization system, along with the accompanying mirGFF3 and mirtop API provide a complete solution for the standardization of miRNA and isomiR analysis, enabling data sharing, reporting, comparative analyses, and benchmarking, while promoting the development of common miRNA methods focusing on downstream steps to miRNA detection, annotation, and quantification.

Small extracellular vesicles (sEVs) are heterogenous lipid membrane particles typically less than 200 nm in size and secreted by most cell types either constitutively or upon activation signals. sEVs isolated from biofluids contain RNAs, including small non-coding RNAs (ncRNAs), that can be either encapsulated within the EV lumen or bound to the EV surface. EV-associated microRNAs (miRNAs) are, despite a relatively low abundance, extensively investigated for their selective incorporation and their role in cell-cell communication. In contrast, the sorting of highly-structured ncRNA species is understudied, mainly due to technical limitations of traditional small RNA sequencing protocols. Here, we adapted ALL-tRNAseq to profile the relative abundance of highly structured and potentially methylated small ncRNA species, including transfer RNAs (tRNAs), small nucleolar RNAs (snoRNAs), and Y RNAs in bulk EV preparations. We determined that full-length tRNAs, typically 75 to 90 nucleotides in length, were the dominant small ncRNA species (>60% of all reads in the 18-120 nucleotides size-range) in all cell culture-derived EVs, as well as in human plasma-derived EV samples, vastly outnumbering 21 nucleotides-long miRNAs. Nearly all EV-associated tRNAs were protected from external RNAse treatment, indicating a location within the EV lumen. Strikingly, the vast majority of luminal-sorted, full-length, nucleobase modification-containing EV-tRNA sequences, harbored a dysfunctional 3' CCA tail, 1 to 3 nucleotides truncated, rendering them incompetent for amino acid loading. In contrast, in non-EV associated extracellular particle fractions (NVEPs), tRNAs appeared almost exclusively fragmented or 'nicked' into tRNA-derived small RNAs (tsRNAs) with lengths between 18 to 35 nucleotides. We propose that in mammalian cells, tRNAs that lack a functional 3' CCA tail are selectively sorted into EVs and shuttled out of the producing cell, offering a new perspective into the physiological role of secreted EVs and luminal cargo-selection.

Non-thermal plasma, a partially ionized gas, holds significant potential for clinical applications, including wound-healing support, oral therapies, and anti-tumour treatments. While its applications showed promising outcomes, the underlying molecular mechanisms remain incompletely understood. We thus apply non-thermal plasma to mouse auricular skin and conducted non-coding RNA sequencing, as well as single-cell blood sequencing. In a time-series analysis (five timepoints spanning 2 hours), we compare the expression of microRNAs in the plasma-treated left ears to the unexposed right ears of the same mice as well as to the ears of unexposed control mice. Our findings indicate specific effects in the treated ears for a set of five miRNAs: mmu-miR-144-5p, mmu-miR-144-3p, mmu-miR-142a-5p, mmu-miR-223-3p, and mmu-miR-451a. Interestingly, mmu-miR-223-3p also exhibits an increase over time in the right non-treated ear of the exposed mice, suggesting systemic effects. Notably, this miRNA, along with mmu-miR-142a-5p and mmu-miR-144-3p, regulates genes and pathways associated with wound healing and tissue regeneration (namely ErbB, FoxO, Hippo, and PI3K-Akt signalling). This co-regulation is particularly remarkable considering the significant seed dissimilarities among the miRNAs. Finally, single-cell sequencing of PBMCs reveals the downregulation of 12 from 15 target genes in B-cells, Cd4+ and Cd8+ T-cells. Collectively, our data provide evidence for a systemic effect of non-thermal plasma.