Abstract The functional impact of recently discovered long noncoding RNAs (ncRNAs) in human cancer remains to be clarified. One long ncRNA which has attracted attention is the Hox transcript antisense intergenic RNA termed HOTAIR, a long ncRNA expressed from the developmental HOXC locus located on chromosome 12q13.13. In cooperation with Polycomb complex PRC2, the HOTAIR long ncRNA is reported to reprogram chromatin organization and promote breast cancer metastasis. In this study, we examined the status and function of HOTAIR in patients with stage IV colorectal cancer (CRC) who have liver metastases and a poor prognosis. HOTAIR expression levels were higher in cancerous tissues than in corresponding noncancerous tissues and high HOTAIR expression correlated tightly with the presence of liver metastasis. Moreover, patients with high HOTAIR expression had a relatively poorer prognosis. In a subset of 32 CRC specimens, gene set enrichment analysis using cDNA array data revealed a close correlation between expression of HOTAIR and members of the PRC2 complex (SUZ12, EZH2, and H3K27me3). Our findings suggest that HOTAIR expression is associated with a genome-wide reprogramming of PRC2 function not only in breast cancer but also in CRC, where upregulation of this long ncRNA may be a critical element in metastatic progression. Cancer Res; 71(20); 6320–6. ©2011 AACR.

Triple negative breast cancer (TNBC) has a poor outcome due to the lack of beneficial therapeutic targets. To clarify the molecular mechanisms involved in the carcinogenesis of TNBC and to identify target molecules for novel anticancer drugs, we analyzed the gene expression profiles of 30 TNBCs as well as 13 normal epithelial ductal cells that were purified by laser-microbeam microdissection. We identified 301 and 321 transcripts that were significantly upregulated and downregulated in TNBC, respectively. In particular, gene expression profile analyses of normal human vital organs allowed us to identify 104 cancer-specific genes, including those involved in breast carcinogenesis such as NEK2, PBK and MELK. Moreover, gene annotation enrichment analysis revealed prominent gene subsets involved in the cell cycle, especially mitosis. Therefore, we focused on cell cycle regulators, asp (abnormal spindle) homolog, microcephaly-associated (Drosophila) (ASPM) and centromere protein K (CENPK) as novel therapeutic targets for TNBC. Small-interfering RNA-mediated knockdown of their expression significantly attenuated TNBC cell viability due to G1 and G2/M cell cycle arrest. Our data will provide a better understanding of the carcinogenesis of TNBC and could contribute to the development of molecular targets as a treatment for TNBC patients.

The gut microbiota is reported to be related to obesity, and visceral fat is reported to be strongly associated with cardiovascular disease and overall mortality. However, the association between the gut microbiota and obesity has mainly been studied using body mass index (BMI) as a proxy for obesity. We investigated the relationship of both visceral fat and BMI with the gut microbiota stratified by sex in a population-based cross-sectional study of Japanese men and women 20-76 years of age (n = 1001). Women with a higher visceral fat area (VFA) harboured a higher relative abundance of the Firmicutes phylum (P for trend <0.001) and a lower relative abundance of the Bacteroidetes phylum (P for trend 0.030), whereas men with higher VFA harboured a lower relative abundance of the Firmicutes phylum (P for trend 0.076) and a higher relative abundance of the Bacteroidetes phylum (P for trend 0.013). Similar results were obtained using BMI as an index, but the differences were not significant in men. At the genus level, Blautia was the only gut microbe significantly and inversely associated with VFA regardless of sex. In conclusion, at the genus level we found that Blautia was the only gut microbe significantly and inversely associated with VFA, regardless of sex.

Esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) is the predominant form of esophageal cancer in Japan. Smoking and drinking alcohol are environmental risk factors for ESCC, whereas single nucleotide polymorphisms in ADH1B and ALDH2, which increase harmful intermediates produced by drinking alcohol, are genetic risk factors. We conducted a large-scale genomic analysis of ESCCs from patients in Japan to determine the mutational landscape of this cancer.

Removal of senescent cells (senolysis) has been proposed to be beneficial for improving age-associated pathologies, but the molecular pathways for such senolytic activity have not yet emerged. Here, we identified glutaminase 1 (GLS1) as an essential gene for the survival of human senescent cells. The intracellular pH in senescent cells was lowered by lysosomal membrane damage, and this lowered pH induced kidney-type glutaminase (KGA) expression. The resulting enhanced glutaminolysis induced ammonia production, which neutralized the lower pH and improved survival of the senescent cells. Inhibition of KGA-dependent glutaminolysis in aged mice eliminated senescent cells specifically and ameliorated age-associated organ dysfunction. Our results suggest that senescent cells rely on glutaminolysis, and its inhibition offers a promising strategy for inducing senolysis in vivo.

Circulating tumor cells (CTC) in blood have attracted attention both as potential seeds for metastasis and as biomarkers. However, most CTC detection systems might miss epithelial-mesenchymal transition (EMT)-induced metastatic cells because detection is based on epithelial markers. First, to discover novel markers capable of detecting CTCs in which EMT has not been repressed, microarray analysis of 132 colorectal cancers (CRC) from Japanese patients was conducted, and 2,969 genes were detected that were overexpressed relative to normal colon mucosa. From the detected genes, we selected those that were overexpressed CRC with distant metastasis. Then, we analyzed the CRC metastasis-specific genes (n = 22) to determine whether they were expressed in normal circulation. As a result, PLS3 was discovered as a CTC marker that was expressed in metastatic CRC cells but not in normal circulation. Using fluorescent immunocytochemistry, we validated that PLS3 was expressed in EMT-induced CTC in peripheral blood from patients with CRC with distant metastasis. PLS3-expressing cells were detected in the peripheral blood of approximately one-third of an independent set of 711 Japanese patients with CRC. Multivariate analysis showed that PLS3-positive CTC was independently associated with prognosis in the training set (n = 381) and the validation set [n = 330; HR = 2.17; 95% confidence interval (CI) = 1.38-3.40 and HR = 3.92; 95% CI = 2.27-6.85]. The association between PLS3-positive CTC and prognosis was particularly strong in patients with Dukes B (HR = 4.07; 95% CI = 1.50-11.57) and Dukes C (HR = 2.57; 95% CI = 1.42-4.63). PLS3 is a novel marker for metastatic CRC cells, and it possesses significant prognostic value.

Abstract Changes in the gut microbiome have pivotal roles in the pathogenesis of acute graft-versus-host disease (aGVHD) after allogenic haematopoietic cell transplantation (allo-HCT) 1–6 . However, effective methods for safely resolving gut dysbiosis have not yet been established. An expansion of the pathogen Enterococcus faecalis in the intestine, associated with dysbiosis, has been shown to be a risk factor for aGVHD 7–10 . Here we analyse the intestinal microbiome of patients with allo-HCT, and find that E. faecalis escapes elimination and proliferates in the intestine by forming biofilms, rather than by acquiring drug-resistance genes. We isolated cytolysin-positive highly pathogenic E. faecalis from faecal samples and identified an anti- E. faecalis enzyme derived from E. faecalis -specific bacteriophages by analysing bacterial whole-genome sequencing data. The antibacterial enzyme had lytic activity against the biofilm of E. faecalis in vitro and in vivo. Furthermore, in aGVHD-induced gnotobiotic mice that were colonized with E. faecalis or with patient faecal samples characterized by the domination of Enterococcus , levels of intestinal cytolysin-positive E. faecalis were decreased and survival was significantly increased in the group that was treated with the E. faecalis -specific enzyme, compared with controls. Thus, administration of a phage-derived antibacterial enzyme that is specific to biofilm-forming pathogenic E. faecalis —which is difficult to eliminate with existing antibiotics—might provide an approach to protect against aGVHD.

Abstract Motivation DNA methylation is a common epigenetic modification, which is widely associated with various biological processes, such as gene expression, aging, and disease. Nanopore sequencing provides a promising methylation detection approach through monitoring abnormal signal shifts for detecting modified bases in target motif regions. Recently, model-based approaches, especially those with deep learning models, have achieved significant performance improvements on nanopore methylation detection. In this work, we explore using bidirectional encoder representations from transformers (BERT) for doing the task, which can provide non-recurrent neural structures for fast parallel computation. Results We find original BERT architecture does not work as well as the bidirectional recurrent neural network (biRNN) on the nanopore methylation prediction task. Through further analysis, we observe recurrent patterns of positional-signal-shift in the context window surrounding target 5-methylcytosine (5mC) and N6-methyladenine (6mA) motifs. We propose a refined BERT with relative position representation and center hidden units concatenation, which takes account of task-specific characters into modeling. We perform systematic evaluations in-sample and cross-sample. The experiment results show that the refined BERT model can achieve competitive or even better results than the state-of-the-art biRNN model, while the model inference speed is about 6x faster. Besides, on the cross-sample evaluation of datasets from the different research groups, BERT models demonstrate a good generalization performance. Availability The source code and data are available at https://github.com/yaozhong/methBERT Contact yaozhong@ims.u-tokyo.ac.jp

Abstract Implicated in the development of hematological malignancies (HM) and cardiovascular mortality, clonal hematopoiesis (CH) in apparently healthy individuals has been investigated by detecting either single-nucleotide variants and indels (SNVs/indels) or copy number alterations (CNAs), but not both. Here by combining targeted sequencing of 23 CH-related genes and array-based CNA detection of blood-derived DNA, we have delineated the landscape of CH-related SNVs/indels and CNAs in a general population of 11,234 individuals, including 672 with subsequent HM development. Both CH-related lesions significantly co-occurred, which combined, affected blood count, hypertension, and the mortality from HM and cardiovascular diseases depending on the total number of both lesions, highlighting the importance of detecting both lesions in the evaluation of CH.