Mechanotransduction is a key determinant of tissue homeostasis and tumor progression. It is driven by intercellular adhesions, cell contractility, and forces generated within the microenvironment and is dependent on extracellular matrix composition, organization, and compliance. We show that caveolin-1 (Cav1) favors cell elongation in three-dimensional cultures and promotes Rho- and force-dependent contraction, matrix alignment, and microenvironment stiffening through regulation of p190RhoGAP. In turn, microenvironment remodeling by Cav1 fibroblasts forces cell elongation. Cav1-deficient mice have disorganized stromal tissue architecture. Stroma associated with human carcinomas and melanoma metastases is enriched in Cav1-expressing carcinoma-associated fibroblasts (CAFs). Cav1 expression in breast CAFs correlates with low survival, and Cav1 depletion in CAFs decreases CAF contractility. Consistently, fibroblast expression of Cav1, through p190RhoGAP regulation, favors directional migration and invasiveness of carcinoma cells in vitro. In vivo, stromal Cav1 remodels peri- and intratumoral microenvironments to facilitate tumor invasion, correlating with increased metastatic potency. Thus, Cav1 modulates tissue responses through force-dependent architectural regulation of the microenvironment.

Abstract Extracellular vesicles (EVs), through their complex cargo, can reflect the state of their cell of origin and change the functions and phenotypes of other cells. These features indicate strong biomarker and therapeutic potential and have generated broad interest, as evidenced by the steady year‐on‐year increase in the numbers of scientific publications about EVs. Important advances have been made in EV metrology and in understanding and applying EV biology. However, hurdles remain to realising the potential of EVs in domains ranging from basic biology to clinical applications due to challenges in EV nomenclature, separation from non‐vesicular extracellular particles, characterisation and functional studies. To address the challenges and opportunities in this rapidly evolving field, the International Society for Extracellular Vesicles (ISEV) updates its ‘Minimal Information for Studies of Extracellular Vesicles’, which was first published in 2014 and then in 2018 as MISEV2014 and MISEV2018, respectively. The goal of the current document, MISEV2023, is to provide researchers with an updated snapshot of available approaches and their advantages and limitations for production, separation and characterisation of EVs from multiple sources, including cell culture, body fluids and solid tissues. In addition to presenting the latest state of the art in basic principles of EV research, this document also covers advanced techniques and approaches that are currently expanding the boundaries of the field. MISEV2023 also includes new sections on EV release and uptake and a brief discussion of in vivo approaches to study EVs. Compiling feedback from ISEV expert task forces and more than 1000 researchers, this document conveys the current state of EV research to facilitate robust scientific discoveries and move the field forward even more rapidly.

Exosomes are secreted vesicles arising from the fusion of multivesicular bodies (MVBs) with the plasma membrane. Despite their importance in various processes, the molecular mechanisms controlling their formation and release remain unclear. Using nematodes and mammary tumor cells, we show that Ral GTPases are involved in exosome biogenesis. In Caenorhabditis elegans, RAL-1 localizes at the surface of secretory MVBs. A quantitative electron microscopy analysis of RAL-1–deficient animals revealed that RAL-1 is involved in both MVB formation and their fusion with the plasma membrane. These functions do not involve the exocyst complex, a common Ral guanosine triphosphatase (GTPase) effector. Furthermore, we show that the target membrane SNARE protein SYX-5 colocalizes with a constitutively active form of RAL-1 at the plasma membrane, and MVBs accumulate under the plasma membrane when SYX-5 is absent. In mammals, RalA and RalB are both required for the secretion of exosome-like vesicles in cultured cells. Therefore, Ral GTPases represent new regulators of MVB formation and exosome release.

The pattern of blood flow has long been thought to play a significant role in vascular morphogenesis, yet the flow-sensing mechanism that is involved at early embryonic stages, when flow forces are low, remains unclear. It has been proposed that endothelial cells use primary cilia to sense flow, but this has never been tested in vivo. Here we show, by noninvasive, high-resolution imaging of live zebrafish embryos, that endothelial cilia progressively deflect at the onset of blood flow and that the deflection angle correlates with calcium levels in endothelial cells. We demonstrate that alterations in shear stress, ciliogenesis, or expression of the calcium channel PKD2 impair the endothelial calcium level and both increase and perturb vascular morphogenesis. Altogether, these results demonstrate that endothelial cilia constitute a highly sensitive structure that permits the detection of low shear forces during vascular morphogenesis.

Cancer extracellular vesicles (EVs) mainly exert pro-tumoral functions by changing the phenotypes of stromal cells to the benefit of tumor growth and metastasis. They shuttle to distant organs and fertilize pre-metastatic niches facilitating subsequent seeding by circulating tumor cells. The levels of tumor secreted EVs correlate with tumor aggressiveness, however, the link between EV secretion mechanisms and their capacity to form pre-metastatic niches remains obscure. Here, we show that GTPases of the Ral family control, through the phospholipase D1, multi-vesicular bodies homeostasis and thereby tune the biogenesis and secretion of pro-metastatic EVs. RalA and RalB promote lung metastasis in a syngeneic mouse model. Importantly, EVs from RalA or RalB depleted cells have limited organotropic capacities in vivo and, as a consequence, are less efficient in promoting lung metastasis. RalA or RalB modulate the EV levels of the adhesion molecule MCAM/CD146, which mediates lung colonization. Finally, RalA and RalB, but also MCAM/CD146, are factors of poor prognosis in human breast cancer patients. Altogether, our study identifies Ral GTPases as central molecules linking the mechanisms of EVs secretion, cargo loading to their capacity to disseminate and induce pre-metastatic niches.

Emerging evidences suggest that both function and position of organelles are pivotal for tumor cell dissemination. Among them, lysosomes stand out as they integrate metabolic sensing with gene regulation and secretion of proteases. Yet, how the function of lysosomes is linked to their position and how this controls metastatic progression remains elusive. Here, we analyzed lysosome subcellular distribution in micropatterned patient-derived melanoma cells and found that lysosome spreading scales with their aggressiveness. Peripheral lysosomes promote invadopodia-based matrix degradation and invasion of melanoma cells which is directly linked to their lysosomal and cell transcriptional programs. When controlling lysosomal positioning using chemo-genetical heterodimerization in melanoma cells, we demonstrated that perinuclear clustering impairs lysosomal secretion, matrix degradation and invasion. Impairing lysosomal spreading in a zebrafish metastasis model significantly reduces invasive outgrowth. Our study provides a mechanistic demonstration that lysosomal positioning controls cell invasion, illustrating the importance of organelle adaptation in carcinogenesis.

Tumor progression and metastatic dissemination are driven by cell-intrinsic and biomechanical cues that favor the growth of life-threatening secondary tumors. We recently identified prometastatic vascular regions with blood flow profiles that are permissive for the arrest of circulating tumor cells. We have further established that such flow profiles also control endothelial remodeling, which favors extravasation of arrested CTCs. Yet, how shear forces control endothelial remodeling is unknown. In the present work, we aimed at dissecting the cellular and molecular mechanisms driving blood flow-dependent endothelial remodeling. Transcriptomic analysis revealed that blood flow modulated several signaling pathways in endothelial cells. More specifically, we observed that VEGFR signaling was significantly enhanced. Using a combination of in vitro microfluidics and intravital imaging in zebrafish embryos, we now demonstrate that the early flow-driven endothelial response can be prevented with sunitinib, a pan-inhibitor of VEGFR signaling. Embryos treated with sunitinib displayed reduced endothelial remodeling and subsequent metastatic extravasation. These results confirm the importance of endothelial remodeling as a driving force of CTC extravasation and metastatic dissemination. Furthermore, the present work suggests that therapies targeting endothelial remodeling might be a relevant clinical strategy in order to impede metastatic progression. Highlights - Flow profiles that are permissive for metastasis stimulate the VEGFR pathway - Flow-dependent VEGFR signaling favors extravasation of CTCs through endothelial remodeling - Inhibition of VEGFR signaling suppresses early flow-driven endothelial response