Here, we demonstrate that protein-coding RNA transcripts can crosstalk by competing for common microRNAs, with microRNA response elements as the foundation of this interaction. We have termed such RNA transcripts as competing endogenous RNAs (ceRNAs). We tested this hypothesis in the context of PTEN, a key tumor suppressor whose abundance determines critical outcomes in tumorigenesis. By a combined computational and experimental approach, we identified and validated endogenous protein-coding transcripts that regulate PTEN, antagonize PI3K/AKT signaling, and possess growth- and tumor-suppressive properties. Notably, we also show that these genes display concordant expression patterns with PTEN and copy number loss in cancers. Our study presents a road map for the prediction and validation of ceRNA activity and networks and thus imparts a trans-regulatory function to protein-coding mRNAs.

A possible definition of path integrals for string theory is studied, based on a discretized version of Polyakov's generating functional. The finite resolution of string theory, as opposed to the infinite resolution in particle theory, clearly emerges from a renormalization group type analysis. We derive the existence of a minimum physical length (∼10−33cm) and generalized form of the uncertainty principle, and discuss some of their consequences.

We recently proposed that competitive endogenous RNAs (ceRNAs) sequester microRNAs to regulate mRNA transcripts containing common microRNA recognition elements (MREs). However, the functional role of ceRNAs in cancer remains unknown. Loss of PTEN, a tumor suppressor regulated by ceRNA activity, frequently occurs in melanoma. Here, we report the discovery of significant enrichment of putative PTEN ceRNAs among genes whose loss accelerates tumorigenesis following Sleeping Beauty insertional mutagenesis in a mouse model of melanoma. We validated several putative PTEN ceRNAs and further characterized one, the ZEB2 transcript. We show that ZEB2 modulates PTEN protein levels in a microRNA-dependent, protein coding-independent manner. Attenuation of ZEB2 expression activates the PI3K/AKT pathway, enhances cell transformation, and commonly occurs in human melanomas and other cancers expressing low PTEN levels. Our study genetically identifies multiple putative microRNA decoys for PTEN, validates ZEB2 mRNA as a bona fide PTEN ceRNA, and demonstrates that abrogated ZEB2 expression cooperates with BRAFV600E to promote melanomagenesis.

Abstract Overexpression of the polycomb group protein enhancer of zeste homologue 2 (EZH2) occurs in diverse malignancies, including prostate cancer, breast cancer, and glioblastoma multiforme (GBM). Based on its ability to modulate transcription of key genes implicated in cell cycle control, DNA repair, and cell differentiation, EZH2 is believed to play a crucial role in tissue-specific stem cell maintenance and tumor development. Here, we show that targeted pharmacologic disruption of EZH2 by the S-adenosylhomocysteine hydrolase inhibitor 3-deazaneplanocin A (DZNep), or its specific downregulation by short hairpin RNA (shRNA), strongly impairs GBM cancer stem cell (CSC) self-renewal in vitro and tumor-initiating capacity in vivo. Using genome-wide expression analysis of DZNep-treated GBM CSCs, we found the expression of c-myc, recently reported to be essential for GBM CSCs, to be strongly repressed upon EZH2 depletion. Specific shRNA-mediated downregulation of EZH2 in combination with chromatin immunoprecipitation experiments revealed that c-myc is a direct target of EZH2 in GBM CSCs. Taken together, our observations provide evidence that direct transcriptional regulation of c-myc by EZH2 may constitute a novel mechanism underlying GBM CSC maintenance and suggest that EZH2 may be a valuable new therapeutic target for GBM management. [Cancer Res 2009;69(24):9211–8]

Growth of numerous cancer types is believed to be driven by a subpopulation of poorly differentiated cells, often referred to as cancer stem cells (CSCs), that have the capacity for self-renewal, tumor initiation, and generation of nontumorigenic progeny. Despite their potentially key role in tumor establishment and maintenance, the energy requirements of these cells and the mechanisms that regulate their energy production are unknown. Here, we show that the oncofetal insulin-like growth factor 2 mRNA-binding protein 2 (IMP2, IGF2BP2) regulates oxidative phosphorylation (OXPHOS) in primary glioblastoma (GBM) sphere cultures (gliomaspheres), an established in vitro model for CSC expansion. We demonstrate that IMP2 binds several mRNAs that encode mitochondrial respiratory chain complex subunits and that it interacts with complex I (NADH:ubiquinone oxidoreductase) proteins. Depletion of IMP2 in gliomaspheres decreases their oxygen consumption rate and both complex I and complex IV activity that results in impaired clonogenicity in vitro and tumorigenicity in vivo. Importantly, inhibition of OXPHOS but not of glycolysis abolishes GBM cell clonogenicity. Our observations suggest that gliomaspheres depend on OXPHOS for their energy production and survival and that IMP2 expression provides a key mechanism to ensure OXPHOS maintenance by delivering respiratory chain subunit-encoding mRNAs to mitochondria and contributing to complex I and complex IV assembly.

Evolution is typically thought to proceed through divergence of genes, proteins and ultimately phenotypes. However, similar traits might also evolve convergently in unrelated taxa owing to similar selection pressures. Adaptive phenotypic convergence is widespread in nature, and recent results from several genes have suggested that this phenomenon is powerful enough to also drive recurrent evolution at the sequence level. Where homoplasious substitutions do occur these have long been considered the result of neutral processes. However, recent studies have demonstrated that adaptive convergent sequence evolution can be detected in vertebrates using statistical methods that model parallel evolution, although the extent to which sequence convergence between genera occurs across genomes is unknown. Here we analyse genomic sequence data in mammals that have independently evolved echolocation and show that convergence is not a rare process restricted to several loci but is instead widespread, continuously distributed and commonly driven by natural selection acting on a small number of sites per locus. Systematic analyses of convergent sequence evolution in 805,053 amino acids within 2,326 orthologous coding gene sequences compared across 22 mammals (including four newly sequenced bat genomes) revealed signatures consistent with convergence in nearly 200 loci. Strong and significant support for convergence among bats and the bottlenose dolphin was seen in numerous genes linked to hearing or deafness, consistent with an involvement in echolocation. Unexpectedly, we also found convergence in many genes linked to vision: the convergent signal of many sensory genes was robustly correlated with the strength of natural selection. This first attempt to detect genome-wide convergent sequence evolution across divergent taxa reveals the phenomenon to be much more pervasive than previously recognized.

Abstract Ewing's sarcoma is a member of Ewing's family tumors (EFTs) and the second most common solid bone and soft tissue malignancy of children and young adults. It is associated in 85% of cases with the t(11;22)(q24:q12) chromosomal translocation that generates fusion of the 5′ segment of the EWS gene with the 3′ segment of the ETS family gene FLI-1. The EWS-FLI-1 fusion protein behaves as an aberrant transcriptional activator and is believed to contribute to EFT development. However, EWS-FLI-1 induces growth arrest and apoptosis in normal fibroblasts, and primary cells that are permissive for its putative oncogenic properties have not been discovered, hampering basic understanding of EFT biology. Here, we show that EWS-FLI-1 alone can transform primary bone marrow–derived mesenchymal progenitor cells and generate tumors that display hallmarks of Ewing's sarcoma, including a small round cell phenotype, expression of EFT-associated markers, insulin like growth factor-I dependence, and induction or repression of numerous EWS-FLI-1 target genes. These observations provide the first identification of candidate primary cells from which EFTs originate and suggest that EWS-FLI-1 expression may constitute the initiating event in EFT pathogenesis. (Cancer Res 2005; 65(24): 11459-68)

In the last decades, genome wide association studies (GWAS) have uncovered tens of thousands of associations between common genetic variants and complex diseases. However, these statistical associations can rarely be interpreted functionally and mechanistically. As the majority of the disease-associated variants are located far from coding sequences, even the relevant gene is often unclear. A way to gain insight into the relevant mechanisms is to study the genetic determinants of intermediate molecular phenotypes, such as gene expression and transcript structure. We propose a computational strategy to discover genetic variants affecting the relative expression of alternative 3' untranslated region (UTR) isoforms, generated through alternative polyadenylation, a widespread post transcriptional regulatory mechanism known to have relevant functional consequences. When applied to a large dataset in which whole genome and RNA sequencing data are available for 373 European individuals, 2,530 genes with alternative polyadenylation quantitative trait loci (apaQTL) were identified. We analyze and discuss possible mechanisms of action of these variants, and we show that they are significantly enriched in GWAS hits, in particular those concerning immune-related and neurological disorders. Our results point to an important role for genetically determined alternative polyadenylation in affecting predisposition to complex diseases, and suggest new ways to extract functional information from GWAS data.

Genomic sequence mutations in both the germline and somatic cells can be pathogenic. Several authors have observed that often the same genes are involved in cancer when mutated in somatic cells and in genetic diseases when mutated in the germline. Recent advances in high-throughput sequencing techniques have provided us with large databases of both types of mutations, allowing us to investigate this issue in a systematic way. Here we show that high-throughput data about the frequency of somatic mutations in the most common cancers can be used to predict the genes involved in abnormal phenotypes and diseases. The predictive power of somatic mutation patterns is largely independent of that of methods based on germline mutation frequency, so that they can be fruitfully integrated into algorithms for the prioritization of causal variants. Our results confirm the deep relationship between pathogenic mutations in somatic and germline cells, provide new insight into the common origin of cancer and genetic diseases and can be used to improve the identification of new disease genes.

Abstract Transposable elements (TEs) are powerful drivers of genome evolution, in part through their ability to rapidly rewire the host regulatory network by creating transcription factor binding sites that can potentially be turned to the host’s advantage in a process called exaptation. We use methods of comparative genomics and population genetics to identify the TE categories that have most contributed to this process. For each TE category, we compare the copies overlapping regulatory elements to all other copies in terms of measures of selection. Using phyloP scores, we find a large number of TE categories showing evidence of conservation specifically when overlapping regulatory elements. The TE categories identified by such analysis are involved in the regulation of gene expression, in the heritability of complex traits, and in specific development-related functions. The same analysis conducted using Tajima’s D, thus exploring more recent selection, shows similar results, although with much lower statistical power. These results suggest that TE categories are heterogeneous in their ability to rewire the human regulatory network in a way that is useful and thus exapted by the host genome; and that the analysis of selective pressure is a powerful tool to identify the TE categories playing the most important roles in gene regulation.