Abstract Background The phenomenon of intercellular mitochondrial transfer from mesenchymal stromal cells (MSCs) has shown promise for improving tissue healing after injury and has potential for treating degenerative diseases like osteoarthritis (OA). Recently MSC to chondrocyte mitochondrial transfer has been documented, but the mechanism of transfer is unknown. Full-length connexin43 (Cx43, encoded by GJA1 ) and the truncated internally translated isoform GJA1-20k have been implicated in mitochondrial transfer between highly oxidative cells, but have not been explored in orthopaedic tissues. Here, our goal was to investigate the role of Cx43 in MSC to chondrocyte mitochondrial transfer. In this study, we tested the hypotheses that (a) mitochondrial transfer from MSCs to chondrocytes is increased when chondrocytes are under oxidative stress and (b) MSC Cx43 expression mediates mitochondrial transfer to chondrocytes. Methods Oxidative stress was induced in immortalized human chondrocytes using tert-Butyl hydroperoxide (t-BHP) and cells were evaluated for mitochondrial membrane depolarization and reactive oxygen species (ROS) production. Human bone-marrow derived MSCs were transduced for mitochondrial fluorescence using lentiviral vectors. MSC Cx43 expression was knocked down using siRNA or overexpressed (GJA1+ and GJA1-20k+) using lentiviral transduction. Chondrocytes and MSCs were co-cultured for 24 hrs in direct contact or separated using transwells. Mitochondrial transfer was quantified using flow cytometry. Co-cultures were fixed and stained for actin and Cx43 to visualize cell-cell interactions during transfer. Results Mitochondrial transfer was significantly higher in t-BHP-stressed chondrocytes. Contact co-cultures had significantly higher mitochondrial transfer compared to transwell co-cultures. Confocal images showed direct cell contacts between MSCs and chondrocytes where Cx43 staining was enriched at the terminal ends of actin cellular extensions containing mitochondria in MSCs. MSC Cx43 expression was associated with the magnitude of mitochondrial transfer to chondrocytes; knocking down Cx43 significantly decreased transfer while Cx43 overexpression significantly increased transfer. Interestingly, GJA1-20k expression was highly correlated with incidence of mitochondrial transfer from MSCs to chondrocytes. Conclusions Overexpression of GJA1-20k in MSCs increases mitochondrial transfer to chondrocytes, highlighting GJA1-20k as a potential target for promoting mitochondrial transfer from MSCs as a regenerative therapy for cartilage tissue repair in OA.

Osteoarthritis (OA) is the most prevalent disorder of articulating joints and a leading cause of disability in humans, affecting half of the world's population aged 65 years or older. Articular cartilage and synovial tissue from OA patients show an overactivity of the membrane channel protein connexin43 (Cx43) and accumulation of senescent cells associated with disrupted tissue regeneration. We have recently demonstrated the use of the Cx43 as an appropriate therapeutic target to halt OA progression by decreasing the accumulation of senescent cells and by triggering redifferentiation of osteoarthritic chondrocytes (OACs) into a more differentiated state, restoring the fully mature phenotype and cartilage regeneration. In this study we have found that small molecular polyphenols derived by olive extracts target Cx43 and senescence in OACs, synovial and bone cells from patients and in human mesenchymal stem cells (hMSCs). Our results indicate that these small molecules including oleuropein regulate the promoter activity of Cx43 gene. The downregulation of Cx43 expression by oleuropein reduce gap junction intercellular communication, cellular senescence in chondrocytes and enhance the propensity of hMSCs to differentiate into chondrocytes and bone cells, reducing adipogenesis. In concordance with these results, these small molecules reduce Cx43 and decrease Twist-1 activity leading to redifferentiation of OACs, which restores the synthesis of cartilage ECM components (Col2A1 and proteoglycans) and reduces inflammatory and catabolic factors IL-1B, IL-6, COX-2 and MMP-3 and cellular senescence orchestrated by p53/p21 together with the synthesis of SASP via NF-kB. Altogether, our results demonstrate the use of the olive-derived polyphenols such as oleuropein as potentially effective therapeutic agents to enhance the efficacy of hMSC therapy and to induce a pro-regenerative environment in OA patients by restoring cellular phenotype and clearing out senescent cells in joint tissues in order to stop or prevent the progression of the disease.

BRAF and MEK inhibitors (BRAF/MEKi) have radically changed the treatment landscape of advanced BRAF mutation-positive tumours. However, limited efficacy and emergence of drug resistance are major handicaps for successful treatments. Here, by using relevant preclinical models, we found that Connexin43 (Cx43), a protein that plays a role in cell-to-cell communication, increases effectiveness of BRAF/MEKi by recruiting DNA repair complexes to lamin-associated domains and promoting persistent DNA damage and cellular senescence. The nuclear compartmentalization promoted by Cx43 contributes to genome instability and synthetic lethality caused by excessive DNA damage, which could lead to a novel therapeutic approach for these tumours to overcome drug resistance. Based on these findings, we designed an innovative drug combination using small extracellular vesicles (sEVs) to deliver the full-Cx43 in combination with the BRAF/MEKi. This study reveals Cx43 as a new player on DNA repair and BRAF/MEKi response, underlining the therapeutical potential that this approach could eventually have in the clinic to overcome the limitations of current therapies and improve treatment outcomes for patients with advanced BRAF mutant tumours.

Abstract Epilepsies are a common and severe neurological condition characterized by spontaneous and recurrent seizures. Although anti-seizure medications are effective for most patients, about 30% remain pharmacoresistant. Moreover, uncontrolled seizures are associated with risk factors and shortened life expectancy for individuals with refractory epilepsy. Preclinical studies are an essential step for drug discovery and the zebrafish ( Danio rerio ) has been successfully employed for this purpose. In this study, we applied the zebrafish PTZ-seizure model to investigate the effect of two compounds on seizure suppression, Tripeptide (p-BTX-I) and the Cx43 peptide CX2. Zebrafish larvae at 6 days post-fertilization (dpf) were exposed to both compounds, according to their group, 24h prior to PTZ-seizure induction. We quantified the compounds’ effect on seizure latency, number of seizures and transcript levels of genes related to inflammation, oxidative stress, and apoptosis ( il1b, tnfa, cox1, cox2a, il6, casp3a, casp9, baxa, bcl2a, nox1, sod1 and cat ). Our results showed that CX2 at a concentration of 0.1 μM/mL yielded the best outcome for seizure suppression as it reduced the number of seizures and increased the seizure latency. Additionally, CX2 treatment before PTZ-induced seizures decreased the transcript of il1b, il6, tnfa and cox1 genes, all related to inflammation. A bio-distribution study showed that the CX2 reached the zebrafish brain at both times investigated, 1h and 6h. Similarly, the tripeptide exhibited anti-inflammatory and anti-apoptotic action, reducing mRNA expression of the il1b and casp9 genes. Our findings suggest that both Tripeptide and CX2 hold translational potential for seizure suppression.

SUMMARY During this last decade the development of pro-senescence therapies has become an attractive strategy as cellular senescence acts as a barrier against tumour progression. In this context, CDK4/6 inhibitors induce senescence and have showed efficacy in reducing tumour growth in breast cancer patients. However, even though cancer cells are arrested after CDK4/6 inhibitor treatment, genes regulating senescence in this context are still unknown limiting their anti-tumour activity. Here, using a functional genome wide CRISPR/Cas9 genetic screen we found several genes that synergistically participate in the proliferation arrest induced by the CDK4/6 inhibitor, Palbociclib. We find that downregulation of the coagulation factor IX ( F9 ) using sgRNA and shRNA prevents the cell cycle arrest and senescent-like phenotype induced in MCF7 breast tumour cells upon Palbociclib treatment. These results were confirmed using another breast cancer cell line and with an alternative CDK4/6 inhibitor, Abemaciclib, and further tested in a panel of 22 cancer cells. While F9 knockout reduces senescence, treatment with a recombinant F9 protein was sufficient to induce a cell cycle arrest and senescence-like state in MCF7 tumour cells. Besides, endogenous F9 is upregulated in different human primary cells cultures undergoing senescence. Importantly, bioinformatics analysis of cancer datasets suggest a role for F9 in human tumours. Altogether, these data collectively propose key genes involved in CDK4/6 inhibitors response that will be useful to design new therapeutic strategies in personalized medicine in order to increase their efficiency, stratify patients and avoid drug resistance.