MicroRNAs are regulatory, non-coding RNAs about 22 nucleotides in length: over 200 have been identified in humans, and their functions are beginning to be pinned down. It has been suggested that like other regulatory molecules they might be involved in tumour formation, and three papers in this issue confirm that this is the case. One cluster of microRNAs, known as mir-17–92, is shown to be a potential oncogene by its action in an in vivo model of human B-cell lymphoma. A cluster of microRNAs on human chromosome 13 has been found to be regulated by c-Myc, an important transcription factor that is overexpressed in many human cancers. And analysis of microRNA expression in over 300 individuals shows that microRNA profiles could be of value in cancer diagnosis. There is a global downregulation of microRNA in tumours, and the microRNA profile also reflects the origin and differentiation state of the tumours. To date, more than 200 microRNAs have been described in humans; however, the precise functions of these regulatory, non-coding RNAs remains largely obscure. One cluster of microRNAs, the mir-17–92 polycistron, is located in a region of DNA that is amplified in human B-cell lymphomas1. Here we compared B-cell lymphoma samples and cell lines to normal tissues, and found that the levels of the primary or mature microRNAs derived from the mir-17–92 locus are often substantially increased in these cancers. Enforced expression of the mir-17–92 cluster acted with c-myc expression to accelerate tumour development in a mouse B-cell lymphoma model. Tumours derived from haematopoietic stem cells expressing a subset of the mir-17–92 cluster and c-myc could be distinguished by an absence of apoptosis that was otherwise prevalent in c-myc-induced lymphomas. Together, these studies indicate that non-coding RNAs, specifically microRNAs, can modulate tumour formation, and implicate the mir-17–92 cluster as a potential human oncogene.

Although the primary cellular targets of many anticancer agents have been identified, less is known about the processes leading to the selective cell death of cancer cells or the molecular basis of drug resistance. p53-deficient mouse embryonic fibroblasts were used to examine systematically the requirement for p53 in cellular sensitivity and resistance to a diverse group of anticancer agents. These results demonstrate that an oncogene, specifically the adenovirus E1A gene, can sensitize fibroblasts to apoptosis induced by ionizing radiation, 5-fluorouracil, etoposide, and adriamycin. Furthermore, the p53 tumor suppressor is required for efficient execution of the death program. These data reinforce the notion that the cytotoxic action of many anticancer agents involves processes subsequent to the interaction between drug and cellular target and indicate that divergent stimuli can activate a common cell death program. Consequently, the involvement of p53 in the apoptotic response suggests a mechanism whereby tumor cells can acquire cross-resistance to anticancer agents.

The tumour suppressor p53 is the most commonly mutated gene in human cancers, and probably nearly all tumours have a lesion somewhere in this pathway. The p53 network is activated in response to numerous insults to restrain inappropriate cell proliferation either via growth arrest or cell death. MicroRNAs (miRNAs) are increasingly recognized for playing important parts in cancer, but little is know about how miRNA expression is regulated. Now a miRNA component of the p53 tumour suppressor network has been identified: p53 directly activates the transcription of the miR-34 family of miRNAs, which themselves suppress cell proliferation. Though dozens of p53 targets are known in mammals, miR-34 is unusual in that it is also present in Drosophila and the nematode worm C. elegans. This suggests that the link between p53 and miR-34 may have arisen early in the evolution of the p53 network. The tumour suppressor p53 directly activates the transcription of family of microRNAs, miR-34 family, which themselves suppress cell proliferation. The study also identifies miR-34 target genes that have roles in cell cycle progression. A global decrease in microRNA (miRNA) levels is often observed in human cancers1,2, indicating that small RNAs may have an intrinsic function in tumour suppression. To identify miRNA components of tumour suppressor pathways, we compared miRNA expression profiles of wild-type and p53-deficient cells. Here we describe a family of miRNAs, miR-34a–c, whose expression reflected p53 status. Genes encoding miRNAs in the miR-34 family are direct transcriptional targets of p53, whose induction by DNA damage and oncogenic stress depends on p53 both in vitro and in vivo. Ectopic expression of miR-34 induces cell cycle arrest in both primary and tumour-derived cell lines, which is consistent with the observed ability of miR-34 to downregulate a programme of genes promoting cell cycle progression. The p53 network suppresses tumour formation through the coordinated activation of multiple transcriptional targets, and miR-34 may act in concert with other effectors to inhibit inappropriate cell proliferation.

Although cancer arises from a combination of mutations in oncogenes and tumour suppressor genes, the extent to which tumour suppressor gene loss is required for maintaining established tumours is poorly understood. p53 is an important tumour suppressor that acts to restrict proliferation in response to DNA damage or deregulation of mitogenic oncogenes, by leading to the induction of various cell cycle checkpoints, apoptosis or cellular senescence. Consequently, p53 mutations increase cell proliferation and survival, and in some settings promote genomic instability and resistance to certain chemotherapies. To determine the consequences of reactivating the p53 pathway in tumours, we used RNA interference (RNAi) to conditionally regulate endogenous p53 expression in a mosaic mouse model of liver carcinoma. We show that even brief reactivation of endogenous p53 in p53-deficient tumours can produce complete tumour regressions. The primary response to p53 was not apoptosis, but instead involved the induction of a cellular senescence program that was associated with differentiation and the upregulation of inflammatory cytokines. This program, although producing only cell cycle arrest in vitro, also triggered an innate immune response that targeted the tumour cells in vivo, thereby contributing to tumour clearance. Our study indicates that p53 loss can be required for the maintenance of aggressive carcinomas, and illustrates how the cellular senescence program can act together with the innate immune system to potently limit tumour growth.

Cellular senescence is an extremely stable form of cell cycle arrest that limits the proliferation of damaged cells and may act as a natural barrier to cancer progression. In this study, we describe a distinct heterochromatic structure that accumulates in senescent human fibroblasts, which we designated senescence-associated heterochromatic foci (SAHF). SAHF formation coincides with the recruitment of heterochromatin proteins and the retinoblastoma (Rb) tumor suppressor to E2F-responsive promoters and is associated with the stable repression of E2F target genes. Notably, both SAHF formation and the silencing of E2F target genes depend on the integrity of the Rb pathway and do not occur in reversibly arrested cells. These results provide a molecular explanation for the stability of the senescent state, as well as new insights into the action of Rb as a tumor suppressor.

In an RNAi screen targeting chromatin regulators, Vakoc and colleagues find that maintenance of acute myeloid leukaemia (AML) requires Brd4, which binds to acetylated histones to influence gene transcription. Brd4 regulates expression of the oncogene Myc and a Myc-driven gene-expression program that permits leukaemia cells to self-renew. JQ1, a small molecule that inhibits Brd4 function, has anti-leukaemic effects in a mouse model and inhibits the proliferation of primary human AML cells, suggesting a therapeutic approach in patients with AML. Epigenetic pathways can regulate gene expression by controlling and interpreting chromatin modifications. Cancer cells are characterized by altered epigenetic landscapes, and commonly exploit the chromatin regulatory machinery to enforce oncogenic gene expression programs1. Although chromatin alterations are, in principle, reversible and often amenable to drug intervention, the promise of targeting such pathways therapeutically has been limited by an incomplete understanding of cancer-specific dependencies on epigenetic regulators. Here we describe a non-biased approach to probe epigenetic vulnerabilities in acute myeloid leukaemia (AML), an aggressive haematopoietic malignancy that is often associated with aberrant chromatin states2. By screening a custom library of small hairpin RNAs (shRNAs) targeting known chromatin regulators in a genetically defined AML mouse model, we identify the protein bromodomain-containing 4 (Brd4) as being critically required for disease maintenance. Suppression of Brd4 using shRNAs or the small-molecule inhibitor JQ1 led to robust antileukaemic effects in vitro and in vivo, accompanied by terminal myeloid differentiation and elimination of leukaemia stem cells. Similar sensitivities were observed in a variety of human AML cell lines and primary patient samples, revealing that JQ1 has broad activity in diverse AML subtypes. The effects of Brd4 suppression are, at least in part, due to its role in sustaining Myc expression to promote aberrant self-renewal, which implicates JQ1 as a pharmacological means to suppress MYC in cancer. Our results establish small-molecule inhibition of Brd4 as a promising therapeutic strategy in AML and, potentially, other cancers, and highlight the utility of RNA interference (RNAi) screening for revealing epigenetic vulnerabilities that can be exploited for direct pharmacological intervention.

Summary

 Cellular senescence acts as a potent mechanism of tumor suppression; however, its functional contribution to noncancer pathologies has not been examined. Here we show that senescent cells accumulate in murine livers treated to produce fibrosis, a precursor pathology to cirrhosis. The senescent cells are derived primarily from activated hepatic stellate cells, which initially proliferate in response to liver damage and produce the extracellular matrix deposited in the fibrotic scar. In mice lacking key senescence regulators, stellate cells continue to proliferate, leading to excessive liver fibrosis. Furthermore, senescent activated stellate cells exhibit gene expression profile consistent with cell-cycle exit, reduced secretion of extracellular matrix components, enhanced secretion of extracellular matrix-degrading enzymes, and enhanced immune surveillance. Accordingly natural killer cells preferentially kill senescent activated stellate cells in vitro and in vivo, thereby facilitating the resolution of fibrosis. Therefore, the senescence program limits the fibrogenic response to acute tissue damage.

The therapeutic responsiveness of genetically defined tumors expressing or devoid of the p53 tumor suppressor gene was compared in immunocompromised mice. Tumors expressing the p53 gene contained a high proportion of apoptotic cells and typically regressed after treatment with gamma radiation or adriamycin. In contrast, p53-deficient tumors treated with the same regimens continued to enlarge and contained few apoptotic cells. Acquired mutations in p53 were associated with both treatment resistance and relapse in p53-expressing tumors. These results establish that defects in apoptosis, here caused by the inactivation of p53, can produce treatment-resistant tumors and suggest that p53 status may be an important determinant of tumor response to therapy.