ABSTRACT The last decade has seen a sharp increase in the number of scientific publications describing physiological and pathological functions of extracellular vesicles (EVs), a collective term covering various subtypes of cell‐released, membranous structures, called exosomes, microvesicles, microparticles, ectosomes, oncosomes, apoptotic bodies, and many other names. However, specific issues arise when working with these entities, whose size and amount often make them difficult to obtain as relatively pure preparations, and to characterize properly. The International Society for Extracellular Vesicles (ISEV) proposed Minimal Information for Studies of Extracellular Vesicles (“MISEV”) guidelines for the field in 2014. We now update these “MISEV2014” guidelines based on evolution of the collective knowledge in the last four years. An important point to consider is that ascribing a specific function to EVs in general, or to subtypes of EVs, requires reporting of specific information beyond mere description of function in a crude, potentially contaminated, and heterogeneous preparation. For example, claims that exosomes are endowed with exquisite and specific activities remain difficult to support experimentally, given our still limited knowledge of their specific molecular machineries of biogenesis and release, as compared with other biophysically similar EVs. The MISEV2018 guidelines include tables and outlines of suggested protocols and steps to follow to document specific EV‐associated functional activities. Finally, a checklist is provided with summaries of key points.

Ever since Stephen Paget’s 1889 hypothesis, metastatic organotropism has remained one of cancer’s greatest mysteries. Here we demonstrate that exosomes from mouse and human lung-, liver- and brain-tropic tumour cells fuse preferentially with resident cells at their predicted destination, namely lung fibroblasts and epithelial cells, liver Kupffer cells and brain endothelial cells. We show that tumour-derived exosomes uptaken by organ-specific cells prepare the pre-metastatic niche. Treatment with exosomes from lung-tropic models redirected the metastasis of bone-tropic tumour cells. Exosome proteomics revealed distinct integrin expression patterns, in which the exosomal integrins α6β4 and α6β1 were associated with lung metastasis, while exosomal integrin αvβ5 was linked to liver metastasis. Targeting the integrins α6β4 and αvβ5 decreased exosome uptake, as well as lung and liver metastasis, respectively. We demonstrate that exosome integrin uptake by resident cells activates Src phosphorylation and pro-inflammatory S100 gene expression. Finally, our clinical data indicate that exosomal integrins could be used to predict organ-specific metastasis. Exosomes originating from lung-, liver- and brain-tropic tumour cells are preferentially incorporated by specific resident cells of the target organs, thus preparing the site for metastasis; the expression of distinct combinations of exosomal integrin proteins determines the exosomal targeting to each of the three organs, and blocking these integrins reduces organotropic exosome uptake by the target organs, thereby reducing the likelihood of organotropic metastasis. How do cancer cells choose the next organ to target? David Lyden and colleagues show that extracellular vesicles (exosomes) that originate from tumour cells can preferentially fuse with specific resident cells of the target organs — lung, liver and brain — to prepare the site of metastasis. At a molecular level, expression of distinct combinations of integrin proteins on exosomes seems to mediate their targeting to one of the three organs. By blocking these integrins, the authors could reduce the uptake of the associated exosomes by the target organs and so the likelihood of metastasis. Moreover, the exosomal integrins could be used to predict organ-specific metastasis in cancer patients.

Exosomes can transfer proteins and nucleic acids from one cell to another, altering the phenotype of the recipient cell. In the case of cancer, tumor-derived exosomes have been shown to promote tumor cell proliferation. Now, in a mouse model of melanoma, Peinado et al. report that exosomes derived from highly metastatic tumor cells can influence bone marrow cells, resulting in increased recruitment of provasculogenic bone marrow progenitors to sites of metastasis, increased primary tumor growth and metastatic spread. Tumor-derived exosomes are emerging mediators of tumorigenesis. We explored the function of melanoma-derived exosomes in the formation of primary tumors and metastases in mice and human subjects. Exosomes from highly metastatic melanomas increased the metastatic behavior of primary tumors by permanently 'educating' bone marrow progenitors through the receptor tyrosine kinase MET. Melanoma-derived exosomes also induced vascular leakiness at pre-metastatic sites and reprogrammed bone marrow progenitors toward a pro-vasculogenic phenotype that was positive for c-Kit, the receptor tyrosine kinase Tie2 and Met. Reducing Met expression in exosomes diminished the pro-metastatic behavior of bone marrow cells. Notably, MET expression was elevated in circulating CD45−C-KITlow/+TIE2+ bone marrow progenitors from individuals with metastatic melanoma. RAB1A, RAB5B, RAB7 and RAB27A, regulators of membrane trafficking and exosome formation, were highly expressed in melanoma cells. Rab27A RNA interference decreased exosome production, preventing bone marrow education and reducing, tumor growth and metastasis. In addition, we identified an exosome-specific melanoma signature with prognostic and therapeutic potential comprised of TYRP2, VLA-4, HSP70, an HSP90 isoform and the MET oncoprotein. Our data show that exosome production, transfer and education of bone marrow cells supports tumor growth and metastasis, has prognostic value and offers promise for new therapeutic directions in the metastatic process.

STATs are latent transcription factors that mediate cytokine- and growth factor–directed transcription. In many human cancers and transformed cell lines, Stat3 is persistently activated, and in cell culture, active Stat3 is either required for transformation, enhances transformation, or blocks apoptosis. We report that substitution of two cysteine residues within the C-terminal loop of the SH2 domain of Stat3 produces a molecule that dimerizes spontaneously, binds to DNA, and activates transcription. The Stat3-C molecule in immortalized fibroblasts causes cellular transformation scored by colony formation in soft agar and tumor formation in nude mice. Thus, the activated Stat3 molecule by itself can mediate cellular transformation and the experiments focus attention on the importance of constitutive Stat3 activation in human tumors.

Pancreatic ductal adenocarcinomas (PDACs) are highly metastatic with poor prognosis, mainly due to delayed detection. We hypothesized that intercellular communication is critical for metastatic progression. Here, we show that PDAC-derived exosomes induce liver pre-metastatic niche formation in naive mice and consequently increase liver metastatic burden. Uptake of PDAC-derived exosomes by Kupffer cells caused transforming growth factor β secretion and upregulation of fibronectin production by hepatic stellate cells. This fibrotic microenvironment enhanced recruitment of bone marrow-derived macrophages. We found that macrophage migration inhibitory factor (MIF) was highly expressed in PDAC-derived exosomes, and its blockade prevented liver pre-metastatic niche formation and metastasis. Compared with patients whose pancreatic tumours did not progress, MIF was markedly higher in exosomes from stage I PDAC patients who later developed liver metastasis. These findings suggest that exosomal MIF primes the liver for metastasis and may be a prognostic marker for the development of PDAC liver metastasis. Lyden and colleagues report that pancreatic cancer-derived exosomes induce a pre-metastatic niche in the liver by promoting TGFβ secretion from Kupffer cells, leading to fibronectin production in hepatic stellate cells and macrophage recruitment.

The heterogeneity of exosomal populations has hindered our understanding of their biogenesis, molecular composition, biodistribution and functions. By employing asymmetric flow field-flow fractionation (AF4), we identified two exosome subpopulations (large exosome vesicles, Exo-L, 90–120 nm; small exosome vesicles, Exo-S, 60–80 nm) and discovered an abundant population of non-membranous nanoparticles termed ‘exomeres’ (~35 nm). Exomere proteomic profiling revealed an enrichment in metabolic enzymes and hypoxia, microtubule and coagulation proteins as well as specific pathways, such as glycolysis and mTOR signalling. Exo-S and Exo-L contained proteins involved in endosomal function and secretion pathways, and mitotic spindle and IL-2/STAT5 signalling pathways, respectively. Exo-S, Exo-L and exomeres each had unique N-glycosylation, protein, lipid, DNA and RNA profiles and biophysical properties. These three nanoparticle subsets demonstrated diverse organ biodistribution patterns, suggesting distinct biological functions. This study demonstrates that AF4 can serve as an improved analytical tool for isolating extracellular vesicles and addressing the complexities of heterogeneous nanoparticle subpopulations. Lyden and colleagues use asymmetric flow field-flow fractionation to classify nanoparticles derived from cell lines and human samples, including previously uncharacterized large, Exo-L and small, Exo-S, exosome subsets.

JAK-STAT signaling in human diseaseThe discovery of Stat proteins' key role in IFN signaling, initially described over ten years ago, provided the first molecular link of growth factor receptor stimulation to the direct activation of a transcription factor (1). Since that time a large number of growth factor receptors and some nonreceptor tyrosine kinases have been found to lead to the activation of these transcription factors (2).The contributions of individual Stat proteins to normal cytokine signaling and development have been studied in various cell culture systems and in vivo in mice made deficient for one or more of these proteins (3).This approach has identified some related roles, as well as many unique, nonoverlapping physiological roles, for the various members of the Stat family.In summary, Stat1-deficient mice are unable to respond to IFNs and are subsequently susceptible to bacterial and viral pathogens.Likewise, disruption of Stat2 gives rise to animals unable to respond to type 1 IFNs, with increased susceptibility to viral infections (see Candotti et al., this Perspective series, ref. 4).Stat4-and Stat6-deficient animals reveal a requirement for IL-12-or IL-4-mediated proliferation of T cells, respectively (see Decker et al., this series, ref. 5).The phenotypes of Stat5A and Stat5B individual knockouts reveal the importance of Stat5A in breast development and lactation and the importance of Stat5B in the development of sexually dimorphic patterns of gene expression within the liver.In addition to these phenotypes, Stat5A/5B double knockouts are abnormal in their T cell and B cell development.Because Stat3-deficient animals die early in embryogenesis, the role of this protein in a number of biological functions had to be determined in conditional knockouts.As discussed by Levy and Lee in this series (6), Stat3 is implicated in keratinocyte migration, T cell apoptosis, IL-10-mediated signaling in macrophages, and the induction of apoptosis in the involuting breast.Beyond these various roles in normal cellular and physiological processes, the Stat proteins are now known to participate in cellular transformation and oncogenesis.Here, I consider the evidence implicating these molecules, particularly Stats 1, 3, and 5, in tumor formation and progression.

Persistently activated or tyrosine-phosphorylated STAT3 (pSTAT3) is found in 50% of lung adenocarcinomas. pSTAT3 is found in primary adenocarcinomas and cell lines harboring somatic-activating mutations in the tyrosine kinase domain of EGFR. Treatment of cell lines with either an EGFR inhibitor or an src kinase inhibitor had no effect on pSTAT3 levels, whereas a pan-JAK inhibitor (P6) blocked activation of STAT3 and inhibited tumorigenesis. Cell lines expressing these persistently activated mutant EGFRs also produced high IL-6 levels, and blockade of the IL-6/gp130/JAK pathway led to a decrease in pSTAT3 levels. In addition, reduction of IL-6 levels by RNA interference led to a decrease in tumorigenesis. Introduction of persistently activated EGFR into immortalized breast epithelial cells led to tumorigenesis, IL-6 expression, and STAT3 activation, all of which could be inhibited with P6 or gp130 blockade. Furthermore, inhibition of EGFR activity in multiple cell lines partially blocked transcription of IL-6 and concurrently decreased production and release of IL-6. Finally, immunohistochemical analysis revealed a positive correlation between pSTAT3 and IL-6 positivity in primary lung adenocarcinomas. Therefore, mutant EGFR could activate the gp130/JAK/STAT3 pathway by means of IL-6 upregulation in primary human lung adenocarcinomas, making this pathway a potential target for cancer treatment.

Stat3 activation has been associated with cytokine-induced proliferation, anti-apoptosis, and transformation. Constitutively activated Stat3 has been found in many human tumors as well as v-abl- and v-src-transformed cell lines. Because of these correlations, we examined directly the relationship of activated Stat3 to cellular transformation and found that wild-type Stat3 enhances the transforming potential of v-src while three dominant negative Stat3 mutants inhibit v-srctransformation. Stat3 wild-type or mutant proteins did not affect v-ras transformation. We conclude that Stat3 has a necessary role in v-src transformation.