ABSTRACT Hypoxia, or low oxygen tension, is frequently found in highly proliferative solid tumors such as anaplastic thyroid carcinoma (ATC) and is believed to promote resistance to chemotherapy and radiation. Identifying hypoxic cells for targeted therapy may thus be an effective approach to treating aggressive cancers. Here, we explore the potential of the well-known hypoxia-responsive microRNA (miRNA) miR-210-3p as a cellular and extracellular biological marker of hypoxia. We compare miRNA expression across several ATC and papillary thyroid cancer (PTC) cell lines. In the ATC cell line SW1736, miR-210-3p expression levels indicate hypoxia during exposure to low oxygen conditions (2% O 2 ). Furthermore, when released by SW1736 cells into the extracellular space, miR-210-3p is associated with RNA carriers such as extracellular vesicles (EVs) and Argonaute-2 (AGO2), making it a potential extracellular marker for hypoxia.

Extracellular vesicles (EVs) are released from different cell types in the central nervous system (CNS) and play roles in regulating physiological and pathological functions. Although brain-derived EVs (bdEVs) have been successfully collected from brain tissue, there is not yet a "bdEV atlas" of EVs from different brain regions. To address this gap, we separated EVs from eight anatomical brain regions of a single individual and subsequently characterized them by count, size, morphology, and protein and RNA content. The greatest particle yield was from cerebellum, while the fewest particles were recovered from the orbitofrontal, postcentral gyrus, and thalamus regions. EV surface phenotyping indicated that CD81 and CD9 were more abundant than CD63 for all regions. Cell-enriched surface markers varied between brain regions. For example, putative neuronal markers NCAM, CD271, and NRCAM were more abundant in medulla, cerebellum, and occipital regions, respectively. These findings, while restricted to tissues from a single individual, suggest that additional studies are merited to lend more insight into the links between EV heterogeneity and function in the CNS.

Thyroid cancer is the most prevalent malignancy of the endocrine system. We and others have shown that several microRNAs, which are post-transcriptional gene regulators, are aberrantly expressed in anaplastic thyroid cancer (ATC) and papillary thyroid cancer (PTC) tissues, as well as cell lines derived from these cancers. In the cell, miRNAs are bound to Argonaute (AGO) proteins as what could be termed low molecular weight RNA-Induced Silencing Complexes (LMW-RISCs) that can then assemble with additional proteins, mRNA, and translation machinery into high molecular weight RISCs (HMW-RISCs) that also exert regulatory function. In this study, we sought to analyze the association of miRNAs with RISC complexes in ATC and PTC. For ATC and PTC lines, miRNA species were enriched in both HMW-RISC and LMW-RISC cellular fractions, compared with intermediate molecular weight fractions and very low molecular weight (AGO-poor) fractions. Furthermore, 60% of all miRNAs were slightly more abundant in LMW-RISC versus HMW-RISC fractions by ∼2-4 fold. Surprisingly, miR-21-5p, one of the most abundant miRNAs in both ATC and PTC lines and one of the most widely studied oncogenic miRNAs in many solid tumors, was consistently one the least abundant miRNAs in HMW-RISC and the most enriched miRNA in LMW-RISC fractions. These findings may suggest that miR-21 has a role or roles distinct from canonical posttranscriptional regulation in cancer. Furthermore, the methodology described here is a useful way to assess the distribution of miR-21 between HMW and LMW-RISCs and may help to reveal the true roles of this miRNA in thyroid cancer development, progression, and treatment.

The DNA methyltransferase inhibitor decitabine (DAC) is a widely used drug for both fundamental epigenetics studies and anti-cancer therapy. Besides DNA demethylation, DAC also induces cell toxicity associated with DNA damage. The dual-mode of DAC action on cells provides a significant hurdle to study genes which expression is regulated by CpG methylation. In this work, we performed the analysis of global DNA methylation levels in cultured cancer cells after treatment with increasing doses of DAC and have found the U-shaped curve of the de-methylation efficacy induced by the drug. Specifically, high doses of DAC induced significantly lower DNA hypomethylation as compared to hundred-fold less concentrated doses. At the same time, the impact of DAC on cell viability was dose-dependent. These findings allowed dissecting the demethylation and the cell toxicity impact of DAC on gene expression in subsequent mRNA-seq experiments. Surprisingly, the number of genes that were upregulated due to DNA hypomethylation was comparable to the number of genes induced by DAC toxicity. Furthermore, we show that high DAC concentrations induce downregulation of housekeeping genes which are most widely used for RT-qPCR normalization (including GAPDH, actin and tubulin). The latter suggests that genes unaffected by DAC treatment would manifest themselves as upregulated when their expression is normalized on a downregulated housekeeping reference. Finally, we show that expression of most human oncogenes and tumor-suppressor genes remains unaffected after DAC treatment, and only a few of them were upregulated due to DNA hypomethylation. Our work stresses the importance of closely studying the correlation of the degree of DNA demethylation induced by varying doses of DAC with changes in gene expression levels to avoid erroneous conclusions regarding epigenetic silencing of a gene.

ABSTRACT RNA viruses have been shown to express various short RNAs, some of which have regulatory roles during replication, transcription, and translation of viral genomes. However, short viral RNAs (svRNAs) generated by SARS-CoV-1 and SARS-CoV-2 remained largely unexplored, mainly due limitations of the widely used library preparation methods for small RNA deep sequencing and corresponding data processing. By analyzing publicly available small RNA-seq datasets, we observed that human cells infected by SARS-CoV-1 or SARS-CoV-2 produce multiple short viral RNAs (svRNAs), ranging in size from 15 to 26 nt and deriving predominantly from (+) RNA strands. In addition, we verified the presence of the five most abundant SARS-CoV-2 svRNAs in SARS-CoV-2-infected human lung adenocarcinoma cells by qPCR. Interestingly, the copy number of the observed SARS-CoV-2 svRNAs dramatically exceeded the expression of previously reported viral miRNAs in the same cells. We hypothesize that the reported SARS-CoV-2 svRNAs could serve as biomarkers for early infection stages due to their high abundance. Finally, we found that both SARS-CoV-1 and SARS-CoV-2 infection induced up- and down-regulation of multiple endogenous human short RNAs that align predominantly to protein-coding and lncRNA transcripts. Interestingly, a significant proportion of short RNAs derived from full-length viral genomes also aligned to various hg38 sequences, suggesting opportunities to investigate regulatory roles of svRNAs during infection. Further characterization of the small RNA landscape of both viral and host genomes is clearly warranted to improve our understanding of molecular events related to infection and to design more efficient strategies for therapeutic interventions as well as early diagnosis.

Extracellular vesicles (EVs) are involved in a wide range of physiological and pathological processes by shuttling material out of and between cells. Tissue EVs may thus lend insights into disease mechanisms and also betray disease when released into easily accessed biological fluids. Since brain-derived EVs (bdEVs) and their cargo may serve as biomarkers of neurodegenerative diseases, we evaluated modifications to a published, rigorous protocol for separation of EVs from brain tissue and studied effects of processing variables on quantitative and qualitative outcomes. To this end, size exclusion chromatography (SEC) and gradient density ultracentrifugation were compared as final separation steps in protocols involving stepped ultracentrifugation. bdEVs were separated from brain tissues of human, macaque, and mouse. Effects of tissue perfusion and a model of post-mortem interval (PMI) before final bdEV separation were probed. MISEV2018-compliant EV characterization was performed, and both small RNA and protein profiling were done. We conclude that the modified, SEC-employing protocol achieves EV separation efficiency roughly similar to a protocol using gradient density ultracentrifugation, while decreasing operator time and, potentially, variability. The protocol appears to yield bdEVs of higher purity for human tissues compared with those of macaque and, especially, mouse, suggesting opportunities for optimization. Where possible, perfusion should be performed in animal models. The interval between death/tissue storage/processing and final bdEV separation can also affect bdEV populations and composition and should thus be recorded for rigorous reporting. Finally, different types of EVs obtained through the modified method reported herein display characteristic RNA and protein content that hint at biomarker potential. To conclude, this study finds that the automatable and increasingly employed technique of SEC can be applied to tissue EV separation, and also reveals more about the importance of species-specific and technical considerations when working with tissue EVs. These results are expected to enhance the use of bdEVs in revealing and understanding brain disease.

Antiretroviral treatment regimens can effectively control HIV replication and some aspects of disease progression. However, molecular events in end-organ diseases such as central nervous system (CNS) disease are not yet fully understood, and routine eradication of latent reservoirs is not yet in reach. Brain tissue-derived extracellular vesicles (bdEVs) act locally in the source tissue and may indicate molecular mechanisms in HIV CNS pathology. Regulatory RNAs from EVs have emerged as important participants in HIV disease pathogenesis. Using brain tissue and bdEVs from the simian immunodeficiency virus (SIV) model of HIV disease, we profiled messenger RNAs (mRNAs), microRNAs (miRNAs), and circular RNAs (circRNAs), seeking to identify possible networks of RNA interaction in SIV infection and neuroinflammation.Postmortem occipital cortex tissue were collected from pigtailed macaques: uninfected controls and SIV-infected subjects (acute phase and chronic phase with or without CNS pathology). bdEVs were separated and characterized in accordance with international consensus standards. RNAs from bdEVs and source tissue were used for sequencing and qPCR to detect mRNA, miRNA, and circRNA levels.Multiple dysregulated bdEV RNAs, including mRNAs, miRNAs, and circRNAs, were identified in acute infection and chronic infection with pathology. Most dysregulated mRNAs in bdEVs reflected dysregulation in their source tissues. These mRNAs are disproportionately involved in inflammation and immune responses, especially interferon pathways. For miRNAs, qPCR assays confirmed differential abundance of miR-19a-3p, let-7a-5p, and miR-29a-3p (acute SIV infection), and miR-146a-5p and miR-449a-5p (chronic with pathology) in bdEVs. In addition, target prediction suggested that several circRNAs that were differentially abundant in source tissue might be responsible for specific differences in small RNA levels in bdEVs during SIV infection.RNA profiling of bdEVs and source tissues reveals potential regulatory networks in SIV infection and SIV-related CNS pathology.