MicroRNAs are regulatory, non-coding RNAs about 22 nucleotides in length: over 200 have been identified in humans, and their functions are beginning to be pinned down. It has been suggested that like other regulatory molecules they might be involved in tumour formation, and three papers in this issue confirm that this is the case. One cluster of microRNAs, known as mir-17–92, is shown to be a potential oncogene by its action in an in vivo model of human B-cell lymphoma. A cluster of microRNAs on human chromosome 13 has been found to be regulated by c-Myc, an important transcription factor that is overexpressed in many human cancers. And analysis of microRNA expression in over 300 individuals shows that microRNA profiles could be of value in cancer diagnosis. There is a global downregulation of microRNA in tumours, and the microRNA profile also reflects the origin and differentiation state of the tumours. To date, more than 200 microRNAs have been described in humans; however, the precise functions of these regulatory, non-coding RNAs remains largely obscure. One cluster of microRNAs, the mir-17–92 polycistron, is located in a region of DNA that is amplified in human B-cell lymphomas1. Here we compared B-cell lymphoma samples and cell lines to normal tissues, and found that the levels of the primary or mature microRNAs derived from the mir-17–92 locus are often substantially increased in these cancers. Enforced expression of the mir-17–92 cluster acted with c-myc expression to accelerate tumour development in a mouse B-cell lymphoma model. Tumours derived from haematopoietic stem cells expressing a subset of the mir-17–92 cluster and c-myc could be distinguished by an absence of apoptosis that was otherwise prevalent in c-myc-induced lymphomas. Together, these studies indicate that non-coding RNAs, specifically microRNAs, can modulate tumour formation, and implicate the mir-17–92 cluster as a potential human oncogene.

The tumour suppressor p53 is the most commonly mutated gene in human cancers, and probably nearly all tumours have a lesion somewhere in this pathway. The p53 network is activated in response to numerous insults to restrain inappropriate cell proliferation either via growth arrest or cell death. MicroRNAs (miRNAs) are increasingly recognized for playing important parts in cancer, but little is know about how miRNA expression is regulated. Now a miRNA component of the p53 tumour suppressor network has been identified: p53 directly activates the transcription of the miR-34 family of miRNAs, which themselves suppress cell proliferation. Though dozens of p53 targets are known in mammals, miR-34 is unusual in that it is also present in Drosophila and the nematode worm C. elegans. This suggests that the link between p53 and miR-34 may have arisen early in the evolution of the p53 network. The tumour suppressor p53 directly activates the transcription of family of microRNAs, miR-34 family, which themselves suppress cell proliferation. The study also identifies miR-34 target genes that have roles in cell cycle progression. A global decrease in microRNA (miRNA) levels is often observed in human cancers1,2, indicating that small RNAs may have an intrinsic function in tumour suppression. To identify miRNA components of tumour suppressor pathways, we compared miRNA expression profiles of wild-type and p53-deficient cells. Here we describe a family of miRNAs, miR-34a–c, whose expression reflected p53 status. Genes encoding miRNAs in the miR-34 family are direct transcriptional targets of p53, whose induction by DNA damage and oncogenic stress depends on p53 both in vitro and in vivo. Ectopic expression of miR-34 induces cell cycle arrest in both primary and tumour-derived cell lines, which is consistent with the observed ability of miR-34 to downregulate a programme of genes promoting cell cycle progression. The p53 network suppresses tumour formation through the coordinated activation of multiple transcriptional targets, and miR-34 may act in concert with other effectors to inhibit inappropriate cell proliferation.

Recent studies have revealed the importance of multiple microRNAs (miRNAs) in promoting tumorigenesis, among which mir-17-92/Oncomir-1 exhibits potent oncogenic activity. Genomic amplification and elevated expression of mir-17-92 occur in several human B-cell lymphomas, and enforced mir-17-92 expression in mice cooperates with c-myc to promote the formation of B-cell lymphomas. Unlike classic protein-coding oncogenes, mir-17-92 has an unconventional gene structure, where one primary transcript yields six individual miRNAs. Here, we functionally dissected the individual components of mir-17-92 by assaying their tumorigenic potential in vivo. Using the Eμ-myc model of mouse B-cell lymphoma, we identified miR-19 as the key oncogenic component of mir-17-92 , both necessary and sufficient for promoting c-myc -induced lymphomagenesis by repressing apoptosis. The oncogenic activity of miR-19 is at least in part due to its repression of the tumor suppressor Pten . Consistently, miR-19 activates the Akt–mTOR (mammalian target of rapamycin) pathway, thereby functionally antagonizing Pten to promote cell survival. Our findings reveal the essential role of miR-19 in mediating the oncogenic activity of mir-17-92, and implicate the functional diversity of mir-17-92 components as the molecular basis for its pleiotropic effects during tumorigenesis.

Somatic reprogramming efficiency by expression of defined transcription factors can be enhanced by deletion of p53. He and colleagues found that the microRNA miR-34, which is induced by p53 during reprogramming, inhibits reprogramming, partly by direct repression of pluripotency factors. Deletion of Mir34 from mice increases reprogramming efficiency and kinetics without affecting self-renewal and differentiation. Somatic reprogramming induced by defined transcription factors is a low-efficiency process that is enhanced by p53 deficiency1,2,3,4,5. So far, p21 is the only p53 target shown to contribute to p53 repression of iPSC (induced pluripotent stem cell) generation1,3, indicating that additional p53 targets may regulate this process. Here, we demonstrate that miR-34 microRNAs (miRNAs), particularly miR-34a, exhibit p53-dependent induction during reprogramming. Mir34a deficiency in mice significantly increased reprogramming efficiency and kinetics, with miR-34a and p21 cooperatively regulating somatic reprogramming downstream of p53. Unlike p53 deficiency, which enhances reprogramming at the expense of iPSC pluripotency, genetic ablation of Mir34a promoted iPSC generation without compromising self-renewal or differentiation. Suppression of reprogramming by miR-34a was due, at least in part, to repression of pluripotency genes, including Nanog, Sox2 and Mycn (also known as N-Myc). This post-transcriptional gene repression by miR-34a also regulated iPSC differentiation kinetics. miR-34b and c similarly repressed reprogramming; and all three miR-34 miRNAs acted cooperatively in this process. Taken together, our findings identified miR-34 miRNAs as p53 targets that play an essential role in restraining somatic reprogramming.

Abstract Retrotransposons mediate gene regulation in multiple developmental and pathological processes. Here, we characterized the transient retrotransposon induction in preimplantation development of eight mammalian species. While species-specific in sequences, induced retrotransposons exhibit a similar preimplantation profile, conferring gene regulatory activities particularly through LTR retrotransposon promoters. We investigated a mouse-specific MT2B2 retrotransposon promoter, which generates an N-terminally truncated, preimplantation-specific Cdk2ap1 ΔN isoform to promote cell proliferation. Cdk2ap1 ΔN functionally contrasts to the canonical Cdk2ap1 , which represses cell proliferation and peaks in mid-gestation stage. The mouse-specific MT2B2 element is developmentally essential, as its deletion abolishes Cdk2ap1 ΔN , reduces cell proliferation and impairs embryo implantation. Intriguingly, Cdk2ap1 Δ N is evolutionarily conserved across mammals, driven by species-specific promoters. The distinct preimplantation Cdk2ap1 Δ N expression across different mammalian species correlates with their different duration in preimplantation development. Hence, species-specific transposon promoters can yield evolutionarily conserved, alternative protein isoforms, bestowing them with new functions and species-specific expression to govern essential biological divergence. One Sentence Summary In mammalian preimplantation embryos, retrotransposon promoters generate conserved gene isoforms, confer species-specific expression, and perform essential developmental functions.

Abstract Understanding how a zygote develops from a single cell into a multicellular organism has benefitted from single-cell tools, including RNA sequencing (RNA-Seq) and immunofluorescence (IF). However, scrutinizing inter- and intra-embryonic phenotypic variation is hindered by two fundamental limitations; the loose correlation between transcription and translation and the cross-reactivity of immunoreagents. To address these challenges, we describe a high-specificity microfluidic immunoblot optimized to quantify protein expression from all stages of mouse preimplantation development. Despite limited availability of isoform-specific immunoreagents, the immunoblot resolves inter-embryonic heterogeneity of embryo-specific isoforms (i.e., DICER-1). We observed significantly higher DICER-1 isoform expression in oocytes when compared to two-cell embryos, and further find that protein expression levels follow the same trend as mRNA for both the full-length and truncated DICER-1 isoforms. At the morula stage, we assayed both whole and disaggregated embryos for loading controls (β-tubulin, GAPDH) and markers that regulate cell fate decisions (CDX-2, SOX-2). In disaggregated morula, we found that cell volume showed positive, linear correlation with expression of β-tubulin and SOX-2. In dissociated two-cell and four-cell blastomeres, we detect significant inter-blastomeric variation in GADD45a expression, corroborating suspected cellular heterogeneity even in the earliest multicellular stage of preimplantation embryos. As RNA-Seq and other transcript-centric approaches continue to further probe preimplantation development, the demand for companion protein-based techniques rises. The reported microfluidic immunoblot serves as an essential tool for understanding mammalian development by providing high-specificity and direct measurements of protein targets at single-embryo and single-blastomere resolution.

To investigate the effects of rapeseed diacylglycerol oil (RDG) intake on lipid accumulation and metabolism in C57BL/6J mice, obese mice were fed a high-fat diet in which 45% of the total energy content came from RDG (RDGM group) or rapeseed triacylglycerol oil (RTGM group). This diet intervention was conducted for 12 weeks following the establishment of the obese mouse model. By the end of the experiment, the serum glucose levels of the mice in the RTGM and RDGM groups were 13.0 ± 1.3 mmol/L and 9.7 ± 1.5 mmol/L, respectively. Meanwhile, the serum triglyceride level in the RDGM group was 26.3% lower than that in the RTGM group. The weight-loss effect in the RDGM group was accompanied by a significant decrease in the white adipose tissue (WAT) index. The RDG intervention did not significantly change the antioxidant and anti-inflammatory properties of the rapeseed oil in vivo. The RDG diet improved the liver lipid metabolism abnormalities induced by a high-fat diet, leading to decreased liver damage index values (AST and ALT). Additionally, compared to that in the RTGM group, the expression of the adipogenic genes PPAR-γ and DGAT decreased in both the liver and intestine by 21.7% and 16.7% and by 38.7% and 47.2%, respectively, in the RDGM group. Further, most lipolytic genes in BAT showed no significant change after the RDG intervention. This implies that RDG regulates lipid metabolism by altering the expression of adipogenic genes in the liver, intestine, and adipose tissue, thereby reducing the accumulation of WAT. Furthermore, the RDG diet enhanced gut flora diversity, increasing the relative levels of unclassified Muribaculaceae and decreasing the levels of Dubosiella and Faecalibaculum in the mouse gut, potentially accelerating lipid metabolism. Thus, a three-month RDG diet intervention in obese mice exhibited benefits in regulating the somatotype, serum obesity-related indices, gut flora structure, and lipid metabolism in the adipose tissue, liver, and intestine.

Abstract Lung adenocarcinoma, the most prevalent lung cancer subtype, is characterized by its high propensity to metastasize. Despite the importance of metastasis in lung cancer mortality, its underlying cellular and molecular mechanisms remain largely elusive. Here, we identified miR-200 miRNAs as potent suppressors for lung adenocarcinoma metastasis. miR-200 expression is specifically repressed in mouse metastatic lung adenocarcinomas, and miR-200 decrease strongly correlates with poor patient survival. Consistently, deletion of mir-200c/141 in the Kras LSL-G12D/+ ; Trp53 flox/flox lung adenocarcinoma mouse model significantly promoted metastasis, generating a desmoplastic tumor stroma highly reminiscent of metastatic human lung cancer. miR-200 deficiency in lung cancer cells promotes the proliferation and activation of adjacent cancer-associated fibroblasts (CAFs), which in turn elevates the metastatic potential of cancer cells. miR-200 regulates the functional interaction between cancer cells and CAFs, at least in part, by targeting Notch ligand Jagged1 and Jagged2 in cancer cells and inducing Notch activation in adjacent CAFs. Hence, the interaction between cancer cells and CAFs constitutes an essential mechanism to promote metastatic potential.

Summary Early blastomeres of mouse preimplantation embryos exhibit bi-potential cell fate, capable of generating both embryonic and extra-embryonic lineages in blastocysts. Here, we identified three major 2 cell (2C) specific endogenous retroviruses (ERVs) as the molecular hallmark of the bi-potential plasticity. Using the LTRs of all three 2C-ERVs, we identified Klf5 as their major upstream regulator. Klf5 is essential for bi-potential cell fate: a single Klf5-overexpressing ESC generated terminally differentiated embryonic and extra-embryonic lineages in chimeric embryos, and Klf5 directly induces both ICM and TE specification genes. Intriguingly, Klf5 and Klf4 act redundantly during ICM specification, whereas Klf5 deficiency alone impairs TE specification. Klf5 is regulated by multiple 2C-specific transcription factors, particularly Dux, and the Dux/Klf5 axis is evolutionarily conserved. Altogether, the 2C-specific transcription program converges on Klf5 to establish bi-potential cell fate, enabling a cell state with dual activation of ICM and TE genes.