Abstract Purpose: Both CD44 and CD133 were reported as putative markers for isolating colorectal cancer stem cells (CSC). It remains to be resolved if both of these markers are of functional importance for colorectal CSC. Experimental Design: The expression of CD44 and CD133 in normal colonic tissues and primary colorectal cancer was assessed by immunohistochemistry in a series of 60 patients on tissue microarray sections. Both in vitro clonogenic and in vivo tumorigenic assay were applied to measure CSC activities from the cells isolated from patients. Lentiviral RNA interference was used to stably knock down CD44 or CD133 in colorectal cancer cells from patients. Results: We found that CD44+ cells displayed clustered growth and they did not colocalize with CD133+ cells within colorectal cancer. As few as 100 CD44+ cells from a patients' tumor initiated a xenograft tumor in vivo. A single CD44+ cell from a tumor could form a sphere in vitro which has characteristic stem cell properties and was able to generate a xenograft tumor resembling the properties of the primary tumor. Knockdown of CD44, but not CD133, strongly prevented clonal formation and inhibited tumorigenicity in xenograft model. Conclusions: These results indicate that CD44 is a robust marker and is of functional importance for colorectal CSC for cancer initiation.

Experimental and computational analyses identify multiple cell populations during the epithelial-to-mesenchymal transition.

Abstract Besides genome editing, CRISPR-Cas12a has recently been used for DNA detection applications with attomolar sensitivity but, to our knowledge, it has not been used for the detection of small molecules. Bacterial allosteric transcription factors (aTFs) have evolved to sense and respond sensitively to a variety of small molecules to benefit bacterial survival. By combining the single-stranded DNA cleavage ability of CRISPR-Cas12a and the competitive binding activities of aTFs for small molecules and double-stranded DNA, here we develop a simple, supersensitive, fast and high-throughput platform for the detection of small molecules, designated CaT-SMelor ( C RISPR-Cas12a- and aT F-mediated s mall m ol e cu l e detect or ). CaT-SMelor is successfully evaluated by detecting nanomolar levels of various small molecules, including uric acid and p -hydroxybenzoic acid among their structurally similar analogues. We also demonstrate that our CaT-SMelor directly measured the uric acid concentration in clinical human blood samples, indicating a great potential of CaT-SMelor in the detection of small molecules.

In eukaryotes, the Suv39 family of proteins tri-methylate lysine 9 of histone H3 (H3K9me) to form constitutive heterochromatin. However, how Suv39 proteins are nucleated at heterochromatin is not fully described. In the fission yeast, current models posit that Argonaute1-associated small RNAs (sRNAs) nucleate the sole H3K9 methyltransferase, Clr4/SUV39H, to centromeres. Here, we show that in the absence of all sRNAs and H3K9me, the Mtl1 and Red1 core (MTREC)/PAXT complex nucleates Clr4/SUV39H at a heterochromatic long noncoding RNA (lncRNA) at which the two H3K9 deacetylases, Sir2 and Clr3, also accumulate by distinct mechanisms. Iterative cycles of H3K9 deacetylation and methylation spread Clr4/SUV39H from the nucleation center in an sRNA-independent manner, generating a basal H3K9me state. This is acted upon by the RNAi machinery to augment and amplify the Clr4/H3K9me signal at centromeres to establish heterochromatin. Overall, our data reveal that lncRNAs and RNA quality control factors can nucleate heterochromatin and function as epigenetic silencers in eukaryotes.

Abstract Clinical use of antimicrobials faces great challenges from the emergence of multidrug resistant (MDR) pathogens. The overexpression of drug efflux pumps is one of the major contributors to MDR. It is considered as a promising approach to overcome MDR by reversing the function of drug efflux pumps. In the life-threatening fungal pathogen Candida albicans , the major facilitator superfamily (MFS) transporter Mdr1p can excrete many structurally unrelated antifungals, leading to multidrug resistance. Here we report a counterintuitive case of reversing multidrug resistance in C. albicans by using a natural product berberine to hijack the overexpressed Mdr1p for its own importation. Moreover, we illustrate that the imported berberine accumulates in mitochondria, and compromises the mitochondrial function by impairing mitochondrial membrane potential and mitochondrial Complex I. It results in the selective elimination of Mdr1p overexpressed C. albicans cells. Furthermore, we show that berberine treatment can prolong the mean survival time (MST) of mice with a blood-borne dissemination of Mdr1p overexpressed multidrug resistant candidiasis. This study provided a potential direction of novel anti-MDR drug discovery by screening for multidrug efflux pump converters.

Targeting microenvironmental factors that foster migratory cell phenotypes is a promising strategy for halting tumor migration. However, lack of mechanistic understanding of the process impedes pharmaceutical drug development. Using a novel 3D microtumor model with tight control over tumor size, we recapitulated tumor size-induced hypoxic microenvironment and emergence of migratory phenotypes in epithelial T47D breast microtumors as well as those of patient-derived primary metastatic breast cancer cells, mesothelioma cells and lung cancer xenograft cells (PDX). The microtumor models from various patient-derived tumor cells and PDX cells revealed upregulation of tumor secretome, matrix metalloproteinase-9 (MMP9), fibronectin (FN), and soluble E-cadherin (sE-CAD) consistent with the clinically reported elevated levels of FN and MMP9 in the patient breast tumors compared to healthy mammary gland. We further showed that the tumor secretome induces migratory phenotype in non-hypoxic, non-migratory small microtumors. Subsequent mathematical model analysis identified a two-stage microtumor progression and migration mechanism, i.e., hypoxia induces migratory phenotype in the early initialization stage, which then becomes self-sustained through positive feedback loop established among the secretome. Both computational and experimental studies showed that inhibition of tumor secretome effectively halts microtumor migration despite tumor heterogeneity, while inhibition of the hypoxia is effective only within a time window and is compromised by tumor-to-tumor variation of the growth dynamics, supporting our notion that hypoxia initiates migratory phenotypes but does not sustain it. In summary, we show that targeting temporal dynamics of evolving microenvironments during tumor progression can halt and bypass major hurdle of tumor heterogeneity.