Summary

 Molecular targeting of cancer stem cells (CSCs) has therapeutic potential for efficient treatment of cancer, although relatively few specific targets have been identified so far. Hypoxia-inducible factor (HIF) was recently shown to regulate the tumorigenic capacity of glioma stem cells under hypoxic conditions. Surprisingly, we found that, under normoxia, HIF1α signaling was selectively activated in the stem cells of mouse lymphoma and human acute myeloid leukemia (AML). HIF1a shRNA and HIF inhibitors abrogated the colony-forming unit (cfu) activity of mouse lymphoma and human AML CSCs. Importantly, the HIF-inhibitor echinomycin efficiently eradicated mouse lymphoma and serially transplantable human AML in xenogeneic models by preferential elimination of CSCs. Hif1α maintains mouse lymphoma CSCs by repressing a negative feedback loop in the Notch pathway. Taken together, our results demonstrate an essential function of Hif1α-Notch interaction in maintaining CSCs and provide an effective approach to target CSCs for therapy of hematological malignancies.

Plants are built of various specialized cell types that differ in their cell wall composition and structure. The cell walls of certain tissues (xylem, sclerenchyma) are characterized by the presence of the heterogenous polymer lignin that plays an essential role in their physiology. This phenolic polymer is composed of different monomeric subunits - the monolignols - that are linked together by several covalent bonds. Numerous studies have shown that monolignol biosynthesis and polymerization to form lignin are tightly controlled in different cell types and tissues. However our understanding of the genetic control of monolignol transport and polymerization remains incomplete, despite some recent promising results. This situation is made more complex since we know that monolignols or related compounds are sometimes produced in non-lignified tissues. In this review, we focus on some key steps of monolignol metabolism including polymerization, transport and compartmentation. As well as being of fundamental interest, the quantity of lignin and its nature are also known to have a negative

Vascular endothelial growth factor (VEGF) is a dimeric glycoprotein that plays a crucial role in microvascular complications of diabetes, including diabetic nephropathy. However, the precise regulatory mechanisms governing VEGF expression in the diabetic milieu are still poorly understood. Here, we provide evidence that microRNA-93 (miR-93) regulates VEGF expression in experimental models of diabetes both in vitro and in vivo. Comparative microRNA expression profile arrays identified miR-93 as a signature microRNA in hyperglycemic conditions. We identified VEGF-A as a putative target of miR-93 in the kidney with a perfect complementarity between miR-93 and the 3′-untranslated region of vegfa in several species. When cotransfected with a luciferase reporter construct containing the mouse vegfa 3′-untranslated region, expression of miR-93 markedly decreased the luciferase activity. We showed that forced expression of miR-93 in cells abrogated VEGF protein secretion. Conversely, anti-miR-93 inhibitors increased VEGF release. Transfection of miR-93 also prevented the effect of high glucose on VEGF downstream targets. Using transgenic mice containing VEGF-LacZ bicistronic transcripts, we found that inhibition of glomerular miR-93 by peptide-conjugated morpholino oligomers elicited increased expression of VEGF. Our findings also indicate that high glucose decreases miR-93 expression by down-regulating the promoter of the host MCM7 gene. Taken together, our findings provide new insights into the role of miR-93 in VEGF signaling pathway and offer a potentially novel target in preventing the progression of diabetic nephropathy. Vascular endothelial growth factor (VEGF) is a dimeric glycoprotein that plays a crucial role in microvascular complications of diabetes, including diabetic nephropathy. However, the precise regulatory mechanisms governing VEGF expression in the diabetic milieu are still poorly understood. Here, we provide evidence that microRNA-93 (miR-93) regulates VEGF expression in experimental models of diabetes both in vitro and in vivo. Comparative microRNA expression profile arrays identified miR-93 as a signature microRNA in hyperglycemic conditions. We identified VEGF-A as a putative target of miR-93 in the kidney with a perfect complementarity between miR-93 and the 3′-untranslated region of vegfa in several species. When cotransfected with a luciferase reporter construct containing the mouse vegfa 3′-untranslated region, expression of miR-93 markedly decreased the luciferase activity. We showed that forced expression of miR-93 in cells abrogated VEGF protein secretion. Conversely, anti-miR-93 inhibitors increased VEGF release. Transfection of miR-93 also prevented the effect of high glucose on VEGF downstream targets. Using transgenic mice containing VEGF-LacZ bicistronic transcripts, we found that inhibition of glomerular miR-93 by peptide-conjugated morpholino oligomers elicited increased expression of VEGF. Our findings also indicate that high glucose decreases miR-93 expression by down-regulating the promoter of the host MCM7 gene. Taken together, our findings provide new insights into the role of miR-93 in VEGF signaling pathway and offer a potentially novel target in preventing the progression of diabetic nephropathy.

Although several recent publications have suggested that microRNAs contribute to the pathogenesis of diabetic nephropathy, the role of miRNAs in vivo still remains poorly understood. Using an integrated in vitro and in vivo comparative miRNA expression array, we identified miR-29c as a signature miRNA in the diabetic environment. We validated our profiling array data by examining miR-29c expression in the kidney glomeruli obtained from db/db mice in vivo and in kidney microvascular endothelial cells and podocytes treated with high glucose in vitro. Functionally, we found that miR-29c induces cell apoptosis and increases extracellular matrix protein accumulation. Indeed, forced expression of miR-29c strongly induced podocyte apoptosis. Conversely, knockdown of miR-29c prevented high glucose-induced cell apoptosis. We also identified Sprouty homolog 1 (Spry1) as a direct target of miR-29c with a nearly perfect complementarity between miR-29c and the 3′-untranslated region (UTR) of mouse Spry1. Expression of miR-29c decreased the luciferase activity of Spry1 when co-transfected with the mouse Spry1 3′-UTR reporter construct. Overexpression of miR-29c decreased the levels of Spry1 protein and promoted activation of Rho kinase. Importantly, knockdown of miR-29c by a specific antisense oligonucleotide significantly reduced albuminuria and kidney mesangial matrix accumulation in the db/db mice model in vivo. These findings identify miR-29c as a novel target in diabetic nephropathy and provide new insights into the role of miR-29c in a previously unrecognized signaling cascade involving Spry1 and Rho kinase activation. Although several recent publications have suggested that microRNAs contribute to the pathogenesis of diabetic nephropathy, the role of miRNAs in vivo still remains poorly understood. Using an integrated in vitro and in vivo comparative miRNA expression array, we identified miR-29c as a signature miRNA in the diabetic environment. We validated our profiling array data by examining miR-29c expression in the kidney glomeruli obtained from db/db mice in vivo and in kidney microvascular endothelial cells and podocytes treated with high glucose in vitro. Functionally, we found that miR-29c induces cell apoptosis and increases extracellular matrix protein accumulation. Indeed, forced expression of miR-29c strongly induced podocyte apoptosis. Conversely, knockdown of miR-29c prevented high glucose-induced cell apoptosis. We also identified Sprouty homolog 1 (Spry1) as a direct target of miR-29c with a nearly perfect complementarity between miR-29c and the 3′-untranslated region (UTR) of mouse Spry1. Expression of miR-29c decreased the luciferase activity of Spry1 when co-transfected with the mouse Spry1 3′-UTR reporter construct. Overexpression of miR-29c decreased the levels of Spry1 protein and promoted activation of Rho kinase. Importantly, knockdown of miR-29c by a specific antisense oligonucleotide significantly reduced albuminuria and kidney mesangial matrix accumulation in the db/db mice model in vivo. These findings identify miR-29c as a novel target in diabetic nephropathy and provide new insights into the role of miR-29c in a previously unrecognized signaling cascade involving Spry1 and Rho kinase activation.

Abstract Myeloid-derived suppressor cells (MDSC) contribute to immune suppression in cancer, but the mechanisms through which they drive metastatic progression are not fully understood. In this study, we show how MDSC convey stem-like qualities to breast cancer cells that coordinately help enable immune suppression and escape. We found that MDSC promoted tumor formation by enhancing breast cancer cell stem-like properties as well as by suppressing T-cell activation. Mechanistic investigations indicated that these effects relied upon cross-talk between the STAT3 and NOTCH pathways in cancer cells, with MDSC inducing IL6-dependent phosphorylation of STAT3 and activating NOTCH through nitric oxide leading to prolonged STAT3 activation. In clinical specimens of breast cancer, the presence of MDSC correlated with the presence of cancer stem-like cells (CSC) and independently predicted poor survival outcomes. Collectively, our work revealed an immune-associated mechanism that extrinsically confers cancer cell stemness properties and affects patient outcome. We suggest that targeting STAT3-NOTCH cross-talk between MDSC and CSC could offer a unique locus to improve cancer treatment, by coordinately targeting a coupled mechanism that enables cancer stemness and immune escape. Cancer Res; 76(11); 3156–65. ©2016 AACR.

Abstract Abnormal numerical and structural chromosome content is frequently found in human cancer. To test the role of aneuploidy in tumor initiation and progression, we compared tumor development in mice with chronic chromosome instability (CIN) induced by inactivation of the spindle assembly checkpoint (produced by Mad2 deficiency) and mice with transient CIN through transiently increased expression of polo-like kinase 4 (PLK4), a master regulator of centrosome number. Tumors forming under chronic CIN gradually trended toward chromosomal gains producing a specific karyotype profile that could only be partially maintained in end-stage tumors, as determined by single-cell whole genome DNA sequencing. Short term CIN from transient PLK4 induction generated significant centrosome amplification and aneuploidy resulting in formation of aggressive T cell lymphomas in mice with heterozygous inactivation of one p53 allele or accelerated tumor development in the absence of p53. Transient CIN increased the frequency of lymphomainitiating cells (as revealed by T cell receptor sequencing) with a specific karyotype profile containing triploid chromosomes 4, 5, 14, and 15 occurring early in tumorigenesis. Overall, our evidence demonstrates that distinct CIN mechanisms drive cancers presenting specific, complex chromosomal alterations with transient CIN rapidly enhancing tumor formation by accelerating the generation of such events.

Summary As phospholipids of cell membranes, phosphatidylethanolamine (PE) and phosphatidylserine (PS) play crucial roles in glycerophospholipid metabolism. Broadly, some phospholipid biosynthesis enzymes serve as potential fungicide targets. Therefore, revealing the functions and mechanism of PE biosynthesis in plant pathogens would provide potential targets for crop disease control. We performed analyses including phenotypic characterizations, lipidomics, enzyme activity, site-directed mutagenesis, and chemical inhibition assays to study the function of PS decarboxylase-encoding gene MoPSD2 in rice blast fungus Magnaporthe oryzae . The Mopsd2 mutant was defective in development, lipid metabolism and plant infection. The PS level increased while PE decreased in Mopsd2 , consistent with the enzyme activity. Furthermore, chemical doxorubicin inhibited the enzyme activity of MoPsd2 and showed antifungal activity against ten phytopathogenic fungi including M. oryzae and reduced disease severity of two crop diseases in the field. Three predicted doxorubicin-interacting residues are important for MoPsd2 functions. Our study demonstrates that MoPsd2 is involved in de novo PE biosynthesis and contributes to the development and plant infection of M. oryzae and that doxorubicin shows broad-spectrum antifungal activity as a fungicide candidate. The study also implicates that bacterium Streptomyces peucetius , which biosynthesizes doxorubicin, could be potentially used as an eco-friendly biocontrol agent.

Abstract Plant pathogens cause devastating diseases, leading to serious losses to agriculture. Mechanistic understanding of pathogenesis of plant pathogens lays the foundation for the development of fungicides for disease control. Mitophagy, a specific form of autophagy, is important for fungal virulence. The role of cardiolipin, mitochondrial signature phospholipid, in mitophagy and pathogenesis is largely unknown in plant pathogenic fungi. The functions of enzymes involved in cardiolipin biosynthesis and relevant inhibitors were assessed using a set of assays, including genetic deletion, plant infection, lipidomics, chemical‐protein interaction, chemical inhibition, and field trials. Our results showed that the cardiolipin biosynthesis‐related gene MoGEP4 of the rice blast fungus Magnaporthe oryzae regulates growth, conidiation, cardiolipin biosynthesis, and virulence. Mechanistically, MoGep4 regulated mitophagy and Mps1‐MAPK phosphorylation, which are required for virulence. Chemical alexidine dihydrochloride (AXD) inhibited the enzyme activity of MoGep4, cardiolipin biosynthesis and mitophagy. Importantly, AXD efficiently inhibited the growth of 10 plant pathogens and controlled rice blast and Fusarium head blight in the field. Our study demonstrated that MoGep4 regulates mitophagy, Mps1 phosphorylation and pathogenesis in M. oryzae . In addition, we found that the MoGep4 inhibitor, AXD, displays broad‐spectrum antifungal activity and is a promising candidate for fungicide development.

Abstract The cerebellum is involved in learning of fine motor skills, yet whether presynaptic plasticity contributes to such learning remains elusive. Here we report that the EPAC-PKCε module has a critical role in a presynaptic form of long-term potentiation in the cerebellum and motor behavior. Presynaptic cAMP−EPAC−PKCε signaling cascade induces a previously unidentified threonine phosphorylation of RIM1α, and thereby initiates the assembly of the Rab3A−RIM1α−Munc13-1 tripartite complex that facilitates docking and release of synaptic vesicles. Granule cell-specific blocking of EPAC−PKCε signaling abolishes presynaptic long-term potentiation at the parallel fiber to Purkinje cell synapses and impairs basic performance and learning of cerebellar motor behavior. These results unveil a functional relevance of presynaptic plasticity that is regulated through a novel signaling cascade, thereby enriching the spectrum of cerebellar learning mechanisms.