The development of life-threatening cancer metastases at distant organs requires disseminated tumour cells' adaptation to, and co-evolution with, the drastically different microenvironments of metastatic sites. Cancer cells of common origin manifest distinct gene expression patterns after metastasizing to different organs. Clearly, the dynamic interaction between metastatic tumour cells and extrinsic signals at individual metastatic organ sites critically effects the subsequent metastatic outgrowth. Yet, it is unclear when and how disseminated tumour cells acquire the essential traits from the microenvironment of metastatic organs that prime their subsequent outgrowth. Here we show that both human and mouse tumour cells with normal expression of PTEN, an important tumour suppressor, lose PTEN expression after dissemination to the brain, but not to other organs. The PTEN level in PTEN-loss brain metastatic tumour cells is restored after leaving the brain microenvironment. This brain microenvironment-dependent, reversible PTEN messenger RNA and protein downregulation is epigenetically regulated by microRNAs from brain astrocytes. Mechanistically, astrocyte-derived exosomes mediate an intercellular transfer of PTEN-targeting microRNAs to metastatic tumour cells, while astrocyte-specific depletion of PTEN-targeting microRNAs or blockade of astrocyte exosome secretion rescues the PTEN loss and suppresses brain metastasis in vivo. Furthermore, this adaptive PTEN loss in brain metastatic tumour cells leads to an increased secretion of the chemokine CCL2, which recruits IBA1-expressing myeloid cells that reciprocally enhance the outgrowth of brain metastatic tumour cells via enhanced proliferation and reduced apoptosis. Our findings demonstrate a remarkable plasticity of PTEN expression in metastatic tumour cells in response to different organ microenvironments, underpinning an essential role of co-evolution between the metastatic cells and their microenvironment during the adaptive metastatic outgrowth. Our findings signify the dynamic and reciprocal cross-talk between tumour cells and the metastatic niche; importantly, they provide new opportunities for effective anti-metastasis therapies, especially of consequence for brain metastasis patients.

Tumor growth is angiogenesis dependent. We hypothesized that nonneoplastic tissue growth also depends on neovascularization. We chose adipose tissue as an experimental system because of its remodeling capacity. Mice from different obesity models received anti-angiogenic agents. Treatment resulted in dose-dependent, reversible weight reduction and adipose tissue loss. Marked vascular remodeling was evident in adipose tissue sections, which revealed decreased endothelial proliferation and increased apoptosis in treated mice compared with controls. Continuous treatment maintained mice near normal body weights for age without adverse effects. Metabolic adaptations in food intake, metabolic rate, and energy substrate utilization were associated with anti-angiogenic weight loss. We conclude that adipose tissue mass is sensitive to angiogenesis inhibitors and can be regulated by its vasculature.

Purpose Recent findings that human serum contains stably expressed microRNA (miRNA) have revealed a great potential of serum miRNA signature as disease fingerprints to predict survival. We used genome-wide serum miRNA expression analysis to investigate the role of serum miRNA in predicting prognosis of non–small-cell lung cancer (NSCLC). Patients and Methods To control disease heterogeneity, we used patients with stages I to IIIa lung adenocarcinoma and squamous cell carcinoma, who were treated with both operation and adjuvant chemotherapies. In the discovery stage, Solexa sequencing followed by individual quantitative reverse transcriptase polymerase chain reaction (qRT-PCR) assays was used to test the difference in levels of serum miRNAs between 30 patients with longer survival (alive and mean survival time, 49.54 months) and 30 patients with shorter survival matched by age, sex, and stage (dead and mean survival time, 9.54 months). The detected serum miRNAs then were validated in 243 patients (randomly classified into two subgroups: n = 120 for the training set, and n = 123 for the testing set). Results Eleven serum miRNAs were found to be altered more than five-fold by Solexa sequencing between longer-survival and shorter-survival groups, and levels of four miRNAs (ie, miR-486, miR-30d, miR-1 and miR-499) were significantly associated with overall survival. The four-miRNA signature also was consistently an independent predictor of overall survival for both training and testing samples. Conclusion The four-miRNA signature from the serum may serve as a noninvasive predictor for the overall survival of NSCLC.

In multicellular organisms, cell-to-cell communication is of particular importance for the proper development and function of the organism as a whole. Intensive studies over the past three years suggesting horizontal transfer of secreted microRNAs (miRNAs) between cells point to a potentially novel role for these molecules in intercellular communication. Using a microvesicle-dependent, or RNA-binding protein-associated, active trafficking system, secreted miRNAs can be delivered into recipient cells where they function as endogenous miRNAs, simultaneously regulating multiple target genes or signaling events. In this Opinion, we summarize recent literature on the biogenesis and uptake of secreted miRNAs, propose a possible working model for how secreted miRNAs might be sorted and transferred between cells and speculate on their biological significance.

Abstract

 Cachexia is a chronic state of negative energy balance and muscle wasting that is a severe complication of cancer and chronic infection. While cytokines such as IL-1α, IL-1β, and TNFα can mediate cachectic states, how these molecules affect energy expenditure is unknown. We show here that many cytokines activate the transcriptional PPAR gamma coactivator-1 (PGC-1) through phosphorylation by p38 kinase, resulting in stabilization and activation of PGC-1 protein. Cytokine or lipopolysaccharide (LPS)-induced activation of PGC-1 in cultured muscle cells or muscle in vivo causes increased respiration and expression of genes linked to mitochondrial uncoupling and energy expenditure. These data illustrate a direct thermogenic action of cytokines and p38 MAP kinase through the transcriptional coactivator PGC-1.

Abstract Diagnosis of hepatitis B virus (HBV)-positive hepatocellular carcinoma (HCC), particularly HCC independent of cirrhosis etiology, presents a great challenge because of a lack of biomarkers. Here we test the hypothesis that expression profiles of microRNAs (miRNAs) in serum can serve as biomarkers for diagnosis of HBV infection and HBV-positive HCC. We recruited 513 subjects (210 controls and 135 HBV-, 48 hepatitis C virus (HCV)-, and 120 HCC-affected individuals) and employed a strategy of initial screening by Solexa sequencing followed by validation with TaqMan probe-based quantitative reverse transcription-PCR assay. First, because of a close link between chronic hepatitis B and HCC, we compared miRNA expression profiles in HBV serum with that in control serum and successfully obtained 13 miRNAs that were differentially expressed in HBV serum. This 13-miRNA–based biomarker accurately discriminated not only HBV cases from controls and HCV cases, but also HBV-positive HCC cases from control and HBV cases. Second, we directly compared miRNA expressions in HCC serum with those in controls and identified 6 miRNAs that were significantly upregulated in HCC samples. Interestingly, 2 of these miRNAs, miR-375 and miR-92a, were also identified by our first approach as HBV specific. When we employed 3 of these miRNAs (miR-25, miR-375, and let-7f) as biomarkers, we could clearly separate HCC cases from controls, and miR-375 alone had an ROC of 0.96 (specificity: 96%; sensitivity: 100%) in HCC prediction. In conclusion, our study demonstrates for the first time that serum miRNA profiles can serve as novel and noninvasive biomarkers for HBV infection and HBV-positive HCC diagnosis. Cancer Res; 70(23); 9798–807. ©2010 AACR.

Background Prognosis of patients with gastric cancer (GC) is generally poor due to the lack of non-invasive tools for GC detection. The purpose of present study was to identify a serum microRNA (miRNA) expression profile that can serve as a novel diagnostic biomarker for GC detection and to assess its clinical applications in monitoring disease progression. Methods Serum samples were taken from 164 GC patients and 127 age- and gender-matched tumour-free controls. An initial screening of miRNA expression by Solexa sequencing was performed using serum samples pooled from 20 patients and 20 controls, respectively. Differential expression was validated using hydrolysis probe-based stem-loop quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR) in individuals samples, the samples were arranged in two phases. Results The Solexa sequencing results demonstrated that 19 serum miRNAs were markedly upregulated in the GC patients compared to the controls. The qRT-PCR analysis further identified a profile of five serum miRNAs (miR-1, miR-20a, miR-27a, miR-34 and miR-423-5p) as a biomarker for GC detection. The analysis results showed that the expression level of five serum miRNAs was correlated to tumour stage. The areas under the receiver operating characteristic (ROC) curve of this five-serum miRNA signature were 0.879 (95% confidence interval (CI) 0.822–0.936) and 0.831 (95% CI 0.767–0.898) for the two sets of serum samples, respectively, markedly higher than those of the biomarkers carcinoembryonic antigen (CEA) (0.503) and carbohydrate antigen 19-9 (CA19-9) (0.600). Conclusions We identified five-miRNA signature for GC diagnosis by genome-wide serum miRNA expression profiling. Expression levels of this serum miRNA-based biomarker also indicate tumour progression stages.