SHEILA A. STEWART1,7, DEREK M. DYKXHOORN2,7, DEBORAH PALLISER2,7, HANA MIZUNO1, EVAN Y. YU5, DONG SUNG AN6, DAVID M. SABATINI1,4, IRVIN S.Y. CHEN6, WILLIAM C. HAHN5, PHILLIP A. SHARP2,3,4, ROBERT A. WEINBERG1,4, and CARL D. NOVINA2 1Whitehead Institute for Biomedical Research, Cambridge, Massachusetts 02142, USA 2Center for Cancer Research, 3McGovern Institute for Brain Research, and 4Department of Biology, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts 02139, USA 5Department of Medical Oncology, Dana-Farber Cancer Institute, and Departments of Medicine, Brigham and Women’s Hospital and Harvard Medical School, Boston, Massachusetts 02115, USA 6University of California, Los Angeles, AIDS Institute, David Geffen School of Medicine, Department of Microbiology, Immunology, Molecular Genetics & Medicine, Los Angeles, California 90025, USA

HIV-1 exploits multiple host proteins during infection. We performed a large-scale small interfering RNA screen to identify host factors required by HIV-1 and identified more than 250 HIV-dependency factors (HDFs). These proteins participate in a broad array of cellular functions and implicate new pathways in the viral life cycle. Further analysis revealed previously unknown roles for retrograde Golgi transport proteins (Rab6 and Vps53) in viral entry, a karyopherin (TNPO3) in viral integration, and the Mediator complex (Med28) in viral transcription. Transcriptional analysis revealed that HDF genes were enriched for high expression in immune cells, suggesting that viruses evolve in host cells that optimally perform the functions required for their life cycle. This effort illustrates the power with which RNA interference and forward genetics can be used to expose the dependencies of human pathogens such as HIV, and in so doing identify potential targets for therapy.

RNA interference (RNAi)-based technologies offer an attractive strategy for the sequence-specific silencing of disease-causing genes. The application of small interfering (si)RNAs as potential therapeutic agents requires safe and effective methods for their delivery to the cytoplasm of the target cells and tissues. Recent studies have shown significant progress in the development of targeting reagents that facilitate the recognition of and siRNA delivery to specific cell types. However, most of these delivery approaches are not optimized to enable the intracellular trafficking of the siRNAs into the cytoplasm where they must associate with the RNA-induced silencing complex (RISC) to direct the cleavage of mRNAs bearing complementary binding sites. In particular, the trafficking of siRNAs from endosomes into the cytoplasm represents a major rate-limiting step for many delivery approaches. This Commentary focuses on novel strategies designed to enhance endosomal escape and thereby increase the efficacy of siRNA-mediated gene silencing.

miR-24, upregulated during terminal differentiation of multiple lineages, inhibits cell-cycle progression. Antagonizing miR-24 restores postmitotic cell proliferation and enhances fibroblast proliferation, whereas overexpressing miR-24 increases the G1 compartment. The 248 mRNAs downregulated upon miR-24 overexpression are highly enriched for DNA repair and cell-cycle regulatory genes that form a direct interaction network with prominent nodes at genes that enhance (MYC, E2F2, CCNB1, and CDC2) or inhibit (p27Kip1 and VHL) cell-cycle progression. miR-24 directly regulates MYC and E2F2 and some genes that they transactivate. Enhanced proliferation from antagonizing miR-24 is abrogated by knocking down E2F2, but not MYC, and cell proliferation, inhibited by miR-24 overexpression, is rescued by miR-24-insensitive E2F2. Therefore, E2F2 is a critical miR-24 target. The E2F2 3′UTR lacks a predicted miR-24 recognition element. In fact, miR-24 regulates expression of E2F2, MYC, AURKB, CCNA2, CDC2, CDK4, and FEN1 by recognizing seedless but highly complementary sequences.

Background The development of metastases involves the dissociation of cells from the primary tumor to penetrate the basement membrane, invade and then exit the vasculature to seed, and colonize distant tissues. The last step, establishment of macroscopic tumors at distant sites, is the least well understood. Four isogenic mouse breast cancer cell lines (67NR, 168FARN, 4TO7, and 4T1) that differ in their ability to metastasize when implanted into the mammary fat pad are used to model the steps of metastasis. Only 4T1 forms macroscopic lung and liver metastases. Because some miRNAs are dysregulated in cancer and affect cellular transformation, tumor formation, and metastasis, we examined whether changes in miRNA expression might explain the differences in metastasis of these cells. Methodology/Principal Findings miRNA expression was analyzed by miRNA microarray and quantitative RT–PCR in isogenic mouse breast cancer cells with distinct metastatic capabilities. 4T1 cells that form macroscopic metastases had elevated expression of miR-200 family miRNAs compared to related cells that invade distant tissues, but are unable to colonize. Moreover, over-expressing miR-200 in 4TO7 cells enabled them to metastasize to lung and liver. These findings are surprising since the miR-200 family was previously shown to promote epithelial characteristics by inhibiting the transcriptional repressor Zeb2 and thereby enhancing E-cadherin expression. We confirmed these findings in these cells. The most metastatic 4T1 cells acquired epithelial properties (high expression of E-cadherin and cytokeratin-18) compared to the less metastatic cells. Conclusions/Significance Expression of miR-200, which promotes a mesenchymal to epithelial cell transition (MET) by inhibiting Zeb2 expression, unexpectedly enhances macroscopic metastases in mouse breast cancer cell lines. These results suggest that for some tumors, tumor colonization at metastatic sites might be enhanced by MET. Therefore the epithelial nature of a tumor does not predict metastatic outcome.

Terminally differentiated cells have a reduced capacity to repair double-stranded breaks, but the molecular mechanism behind this downregulation is unclear. Here we find that miR-24 is upregulated during postmitotic differentiation of hematopoietic cell lines and regulates the histone variant H2AX, a protein that has a key role in the double-stranded break response. We show that the H2AX 3' untranslated region contains conserved miR-24 binding sites that are indeed regulated by miR-24. During terminal differentiation, both H2AX mRNA and protein levels are substantially reduced by miR-24 upregulation in in vitro differentiated cells; similar diminished levels are found in primary human blood cells. miR-24-mediated suppression of H2AX renders cells hypersensitive to gamma-irradiation and genotoxic drugs, a phenotype that is fully rescued by overexpression of miR-24-insensitive H2AX. Therefore, miR-24 upregulation in postreplicative cells reduces H2AX and makes them vulnerable to DNA damage.

Hearing loss is the most common sensory disorder with ~466 million people worldwide affected, representing about 5% of the population. A substantial portion of hearing loss is genetic. Hearing loss can either be non-syndromic, if hearing loss is the only clinical manifestation, or syndromic, if the hearing loss is accompanied by a collage of other clinical manifestations. Usher syndrome is a syndromic form of genetic hearing loss that is accompanied by impaired vision associated with retinitis pigmentosa and, in many cases, vestibular dysfunction. It is the most common cause of deaf-blindness. Currently cochlear implantation or hearing aids are the only treatments for Usher-related hearing loss. However, gene therapy has shown promise in treating Usher-related retinitis pigmentosa. Here we review how the etiologies of Usher-related hearing loss make it a good candidate for gene therapy and discuss how various forms of gene therapy could be applied to Usher-related hearing loss.

Abstract Autism spectrum disorder (ASD) is a neurological condition characterized by alterations in social interaction and communication, and restricted and/or repetitive behaviors. The classical type II cadherins cadherin-8 (Cdh8, CDH8) and cadherin-11 (Cdh11, CDH11) have been implicated as autism risk gene candidates. To explore the role of cadherins in the etiology of autism, we investigated their expression patterns during mouse brain development and in autism-specific human tissue. In mice, expression of cadherin-8 and cadherin-11 was developmentally regulated and enriched in the cortex, hippocampus, and thalamus/striatum during the peak of dendrite formation and synaptogenesis. Both cadherins were expressed in synaptic compartments but only cadherin-8 associated with the excitatory synaptic marker neuroligin-1. Induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived cortical neural precursor cells (NPCs) and cortical organoids generated from individuals with autism showed upregulated CDH8 expression levels while CDH11 expression levels were downregulated. We used Cdh11 knockout mice of both sexes to analyze the function of cadherin-11, which could help explain phenotypes observed in autism. Cdh11 -/- hippocampal neurons exhibited increased dendritic complexity along with altered neuronal and synaptic activity. Similar to the expression profiles in human tissue, levels of cadherin-8 were significantly elevated in Cdh11 knockout brains. Additionally, excitatory synaptic markers neuroligin-1 and PSD-95 were both increased. Together, these results strongly suggest that cadherin-11 is involved in regulating the development of neuronal circuitry and that alterations in the expression levels of cadherin-11 may contribute to the etiology of autism. Significance Statement Autism is a neurodevelopmental condition with high genetic and phenotypic heterogeneity. Multiple genes have been implicated in autism, including the cadherin superfamily of adhesion molecules, cadherin-8 and cadherin-11. This study first characterizes the expression profiles of cadherin-8 and cadherin-11 to understand the potential roles they play in the development of neurons. The study further describes novel contributions of cadherin-11 in neural circuit formation. Loss of cadherin-11 in mice results in altered levels of several synaptic proteins, including PSD-95, neuroligin-1, and cadherin-8, and changes the morphology and activity of excitatory neurons. The levels of cadherin-8 and cadherin-11 in human cells of autistic individuals are both altered, strengthening the hypothesis that these two cadherins may involve in aspects of autism etiology.