Abstract A variety of organisms have been shown to have altered physiology or developed pathology due to gene transfer, but mammals have never been shown to do so. Here, we show that circulating tumor DNA (ct) can promote cell-specific horizontal gene transfer (HGT) between human cancer cells and explain the mechanisms behind this phenomenon. Once ctDNA enters the host cell, it migrates to the nucleus and integrates into the cell’s genome, thereby transferring its genetic information. We determine that retrotransposons of the ERVL, SINE, and LINE families are necessary for cell targeting and the integration of ctDNA into host DNA. Using chemically synthesized retrotransposons, we found that AluSp and MER11C reproduced multiple myeloma’s (MM) ctDNA’s cell targeting and integration into MM cells. We also discovered that ctDNA might, as a result of HGT, influence the treatment response of multiple myeloma and pancreatic cancer models. Overall, this is the first study to show that retrotransposon-directed HGT can promote genetic material transfer in cancer. There is, however, a broader impact of our findings than just cancer since cell-free DNA has also been found in physiological and other pathological conditions as well. Furthermore, with the discovery of transposons-mediated tissue-specific targeting, a new avenue for the delivery of genes and therapies will emerge.

Abstract Protein S (PS), the critical plasma cofactor for the anticoagulants tissue factor (TF) pathway inhibitor (TFPI) and activated protein C (APC), circulates in two functionally distinct pools: free (anticoagulant) or bound to complement component 4b-binding protein (C4BP) (anti-inflammatory). Acquired free PS deficiency is detected in several viral infections, but its cause is unclear. Here, we identified a shear-dependent interaction between PS and von Willebrand Factor (VWF) by mass spectrometry. Consistently, plasma PS and VWF comigrated in both native and agarose gel electrophoresis. The PS/VWF interaction was blocked by TFPI but not APC, suggesting an interaction with the C-terminal sex hormone binding globulin (SHBG) region of PS. Microfluidic systems, mimicking arterial laminar flow or disrupted turbulent flow, demonstrated that PS stably binds VWF as VWF unfolds under turbulent flow. PS/VWF complexes also localized to platelet thrombi under laminar arterial flow. In thrombin generation-based assays, shearing plasma decreased PS activity, an effect not seen in the absence of VWF. Finally, free PS deficiency in COVID-19 patients, measured using an antibody that binds near the C4BP binding site in SHBG, correlated with changes in VWF, but not C4BP, and with thrombin generation. Our data suggest that PS binds to a shear-exposed site on VWF, thus sequestering free PS and decreasing its anticoagulant activity, which would account for the increased thrombin generation potential. As many viral infections present with free PS deficiency, elevated circulating VWF, and increased vascular shear, we propose that the PS/VWF interaction reported here is a likely contributor to virus-associated thrombotic risk. Key Points Von Willebrand Factor (VWF) binds Protein S (PS) in a shear-dependent manner, reducing the free PS pool and its anticoagulant activity. The PS/VWF complex forms under turbulent flow conditions, is stable in whole blood, and localizes to growing platelet thrombi.

Platelets are sensitive to temperature changes and akin to sensory neurons, are activated by a decrease in temperature. However, the molecular mechanism of this temperature-sensing ability is unknown. Yet, platelet activation by temperature could contribute to numerous clinical sequelae, most importantly to reduced quality of ex vivo-stored platelets for transfusion. In this interdisciplinary study, we present evidence for the expression of the temperature-sensitive ion channel transient receptor potential cation channel subfamily member 8 (TRPM8) in human platelets and precursor cells. We found the TRPM8 mRNA and protein in MEG-01 cells and platelets. Inhibition of TRPM8 prevented temperature-induced platelet activation and shape change. However, chemical agonists of TRPM8 did not seem to have an acute effect on platelets. When exposing platelets to below-normal body temperature, we detected a cytosolic calcium increase which was independent of TRPM8 but was completely dependent on the calcium release from the endoplasmic reticulum. Because of the high interindividual variability of TRPM8 expression, a population-based approach should be the focus of future studies. Our study suggests that the cold response of platelets is complex and TRPM8 appears to play a role in early temperature-induced activation of platelets, while other mechanisms likely contribute to later stages of temperature-mediated platelet response.