Abstract Background MicroRNAs (miRNAs) have been recently detected in the circulation of cancer patients, where they are associated with clinical parameters. Discovery profiling of circulating small RNAs has not been reported in breast cancer (BC), and was carried out in this study to identify blood-based small RNA markers of BC clinical outcome. Methods The pre-treatment sera of 42 stage II-III locally advanced and inflammatory BC patients who received neoadjuvant chemotherapy (NCT) followed by surgical tumor resection were analyzed for marker identification by deep sequencing all circulating small RNAs. An independent validation cohort of 26 stage II-III BC patients was used to assess the power of identified miRNA markers. Results More than 800 miRNA species were detected in the circulation, and observed patterns showed association with histopathological profiles of BC. Groups of circulating miRNAs differentially associated with ER/PR/HER2 status and inflammatory BC were identified. The relative levels of selected miRNAs measured by PCR showed consistency with their abundance determined by deep sequencing. Two circulating miRNAs, miR-375 and miR-122, exhibited strong correlations with clinical outcomes, including NCT response and relapse with metastatic disease. In the validation cohort, higher levels of circulating miR-122 specifically predicted metastatic recurrence in stage II-III BC patients. Conclusions Our study indicates that certain miRNAs can serve as potential blood-based biomarkers for NCT response, and that miR-122 prevalence in the circulation predicts BC metastasis in early-stage patients. These results may allow optimized chemotherapy treatments and preventive anti-metastasis interventions in future clinical applications.

Ventilator-associated pneumonia (VAP) is a common hospital-acquired infection, leading to high morbidity and mortality. Currently, bronchoalveolar lavage (BAL) is utilized in hospitals for VAP diagnosis and guiding treatment options. While BAL collection procedures are invasive, alternatives such as endotracheal aspirates (ETA) may be of diagnostic value, however, their utility has not been thoroughly explored. Longitudinal ETA and BAL were collected from 16 intubated patients up to 15 days, of which 11 developed VAP. We conducted a comprehensive LC-MS/MS based proteome and metabolome characterization of longitudinal ETA and BAL to detect host and pathogen responses to VAP infection. We discovered a diverse ETA proteome of the upper airways reflective of a rich and dynamic host-microbe interface. Prior to VAP diagnosis by microbial cultures from BAL, patient ETA presented characteristic signatures of reactive oxygen species and neutrophil degranulation, indicative of neutrophil mediated pathogen processing as a key host response to the VAP infection. Along with an increase in amino acids, this is suggestive of extracellular membrane degradation resulting from proteolytic activity of neutrophil proteases. Days prior to VAP diagnosis, detection of pathogen peptides with species level specificity in ETA may increase specificity over culture-based diagnosis. Our findings suggest that ETA may provide early mechanistic insights into host-pathogen interactions associated with VAP infection and therefore facilitate its diagnosis and treatment.

Temporal dynamics of gene expression are informative of changes associated with disease development and evolution. Given the complexity of high-dimensional temporal datasets, an analytical framework guided by a robust theory is needed to interpret time-sequential changes and to predict system dynamics. Herein, we use acute myeloid leukemia as a proof-of-principle to model gene expression dynamics in a transcriptome state-space constructed based on time-sequential RNA-sequencing data. We describe the construction of a state-transition model to identify state-transition critical points which accurately predicts leukemia development. We show an analytical approach based on state-transition critical points identified step-wise transcriptomic perturbations driving leukemia progression. Furthermore, the gene(s) trajectory and geometry of the transcriptome state-space provides biologically-relevant gene expression signals that are not synchronized in time, and allows quantification of gene(s) contribution to leukemia development. Therefore, our state-transition model can synthesize information, identify critical points to guide interpretation of transcriptome trajectories and predict disease development.Graphical Abstract ![Figure][1] In brief The theory of state-transition is applied to acute myeloid leukemia (AML) to model transcriptome dynamics and trajectories in a state-space, and is used to identify critical points corresponding to critical transcriptomic perturbations that predict leukemia development.Highlights [1]: pending:yes

Pancreatic β-cell stress contributes to diabetes progression. This study demonstrates that Leucine-rich repeat-containing G-protein-coupled-receptor-4 (LGR4) is critical for maintaining β-cell health and is modulated by stressors.

Loss of functional β-cell mass is a major cause of diabetes. Thus, identifying regulators of β-cell health is crucial for treating this disease. The We evaluated Lgr4 expression in mouse and human islets in response to acute (proinflammatory cytokines), or chronic (high fat fed mice, db/db mice, and aging) stress. To determine the role of LGR4 we employed in vitro Lgr4 loss and gain of function in primary rodent and human β-cells and examined its mechanism of action in the rodent INS1 cell line. Using Lgr4 Lgr4 expression in rodent and human islets was reduced by multiple stressors. In vitro, Lgr4 knockdown decreased proliferation and survival in rodent β-cells, while overexpression protected against cytokine-induced cell death in rodent and human β-cells. Mechanistically, LGR4 protects β-cells by suppressing RANK- Tumor necrosis factor receptor associated factor 6 (TRAF6) interaction and subsequent activation of NFκB. Lgr4cko mice exhibit normal glucose homeostasis but increased β-cell death in both sexes and decreased β-cell proliferation and maturation only in females. Male Lgr4cko mice under stress displayed reduced β-cell proliferation and a further increase in β-cell death. The impaired β-cell phenotype in Lgr4cko mice was rescued in Lgr4/Rank double ko (dko) mice. Upon aging, both male and female Lgr4cko mice displayed impaired β-cell homeostasis, however, only female mice became glucose intolerant with decreased plasma insulin. These data demonstrate a novel role for LGR4 as a positive regulator of β-cell health under basal and stress-induced conditions, through suppressing the negative effects of RANK.