Abstract Background MicroRNAs are modifiers of gene expression, acting to reduce translation through either translational repression or mRNA cleavage. Recently, it has been shown that some microRNAs can act to promote or suppress cell transformation, with miR-17-92 described as the first oncogenic microRNA. The association of miR-17-92 encoded microRNAs with a surprisingly broad range of cancers not only underlines the clinical significance of this locus, but also suggests that miR-17-92 may regulate fundamental biological processes, and for these reasons miR-17-92 has been considered as a therapeutic target. Results In this study, we show that miR-17-92 is a cell cycle regulated locus, and ectopic expression of a single microRNA (miR-17-5p) is sufficient to drive a proliferative signal in HEK293T cells. For the first time, we reveal the mechanism behind this response - miR-17-5p acts specifically at the G1/S-phase cell cycle boundary, by targeting more than 20 genes involved in the transition between these phases. While both pro- and anti-proliferative genes are targeted by miR-17-5p, pro-proliferative mRNAs are specifically up-regulated by secondary and/or tertiary effects in HEK293T cells. Conclusion The miR-17-5p microRNA is able to act as both an oncogene and a tumor suppressor in different cellular contexts; our model of competing positive and negative signals can explain both of these activities. The coordinated suppression of proliferation-inhibitors allows miR-17-5p to efficiently de-couple negative regulators of the MAPK (mitogen activated protein kinase) signaling cascade, promoting growth in HEK293T cells. Additionally, we have demonstrated the utility of a systems biology approach as a unique and rapid approach to uncover microRNA function.

Abstract Phenotypic heterogeneity of cancer cells plays a critical role in shaping treatment response. This type of heterogeneity is organized spatially with specific phenotypes, such as sharply demarcated clusters of proliferating and cell cycle-arrested cells, predominating within discrete domains within a tumor. What determines the occurrence of specific tumor cell phenotypes in distinct microdomains of solid cancers is poorly understood. Here, we show that in melanoma spatial organization of phenotypic heterogeneity is dictated by the expression and activity of MITF. We reveal that this lineage survival oncogene controls ECM composition and organization, and ROCK-driven mechanotransduction through focal adhesion maturation and actin cytoskeleton functionality. In turn, altered tumor microarchitecture and structural integrity impact tumor solid stress which then mediates phenotypic heterogeneity through p27 Kip1 . Rho-ROCK-myosin signaling is necessary to transmit the effect of the reciprocal cell-ECM regulation into phenotypic heterogeneity. Our findings place cell-ECM crosstalk as a central driver of phenotypic tumor heterogeneity. Significance Phenotypic heterogeneity is a major culprit of cancer therapy failure. We demonstrate that phenotypic heterogeneity is controlled through tumor cell-ECM crosstalk resulting in altered tumor microarchitecture, mechanotransduction and Rho-ROCK-myosin signaling. Melanoma shares these physical properties with any solid cancer underscoring the importance of our findings for therapeutically targeting this phenomenon.

Abstract Polyploidy is a common outcome of chemotherapies, but there is conflicting evidence as to whether this is a source of increased chemotherapy resistance and aggressive disease, or a benign or even favorable outcome. We have used Aurora B kinase (AURKB) inhibitors that efficiently promote polyploidy in many cell types to investigate the fate of polyploid cells. We demonstrate AURKB inhibitor treatment of cells that have loss of RB and p53 function causes them to become hyper-polyploid, undergoing continuous rounds of growth, replication and failed mitosis/cytokinesis (endomitosis), whereas RB and p53 functional cells will eventually exit the cell cycle. These hyper-polyploid cells (>4n DNA content) are viable and undergo continuous endomitotic cycles, but have lost the ability to form viable colonies in vitro or form tumours in vivo . Investigation of mitosis in these cells revealed that centrosome duplication remained coupled to DNA replication, with the hyper-polyploid cells containing high numbers of centrosome that were capable of supporting functional mitotic spindle poles, but these failed to progress to anaphase/telophase structures even when AURKB inhibitor was removed after 2-3 days. However, when AURKB inhibitor was removed after 1 day and cells had failed a single cytokinesis to become tetraploid, they retained long term colony forming ability. Collectively, these findings demonstrate that tetraploidy is well tolerated by tumour cells but higher ploidy states are incompatible with long term proliferative potential.