Healing of myocardial infarction (MI) requires monocytes/macrophages. These mononuclear phagocytes likely degrade released macromolecules and aid in scavenging of dead cardiomyocytes, while mediating aspects of granulation tissue formation and remodeling. The mechanisms that orchestrate such divergent functions remain unknown. In view of the heightened appreciation of the heterogeneity of circulating monocytes, we investigated whether distinct monocyte subsets contribute in specific ways to myocardial ischemic injury in mouse MI. We identify two distinct phases of monocyte participation after MI and propose a model that reconciles the divergent properties of these cells in healing. Infarcted hearts modulate their chemokine expression profile over time, and they sequentially and actively recruit Ly-6Chi and -6Clo monocytes via CCR2 and CX3CR1, respectively. Ly-6Chi monocytes dominate early (phase I) and exhibit phagocytic, proteolytic, and inflammatory functions. Ly-6Clo monocytes dominate later (phase II), have attenuated inflammatory properties, and express vascular–endothelial growth factor. Consequently, Ly-6Chi monocytes digest damaged tissue, whereas Ly-6Clo monocytes promote healing via myofibroblast accumulation, angiogenesis, and deposition of collagen. MI in atherosclerotic mice with chronic Ly-6Chi monocytosis results in impaired healing, underscoring the need for a balanced and coordinated response. These observations provide novel mechanistic insights into the cellular and molecular events that regulate the response to ischemic injury and identify new therapeutic targets that can influence healing and ventricular remodeling after MI.

Noncoding regulatory microRNAs (miRNAs) of cellular and viral origin control gene expression by repressing the translation of mRNAs into protein. Interestingly, miRNAs are secreted actively through small vesicles called "exosomes" that protect them from degradation by RNases, suggesting that these miRNAs may function outside the cell in which they were produced. Here we demonstrate that miRNAs secreted by EBV-infected cells are transferred to and act in uninfected recipient cells. Using a quantitative RT-PCR approach, we demonstrate that mature EBV-encoded miRNAs are secreted by EBV-infected B cells through exosomes. These EBV-miRNAs are functional because internalization of exosomes by MoDC results in a dose-dependent, miRNA-mediated repression of confirmed EBV target genes, including CXCL11/ITAC, an immunoregulatory gene down-regulated in primary EBV-associated lymphomas. We demonstrate that throughout coculture of EBV-infected B cells EBV-miRNAs accumulate in noninfected neighboring MoDC and show that this accumulation is mediated by transfer of exosomes. Thus, the exogenous EBV-miRNAs transferred through exosomes are delivered to subcellular sites of gene repression in recipient cells. Finally, we show in peripheral blood mononuclear cells from patients with increased EBV load that, although EBV DNA is restricted to the circulating B-cell population, EBV BART miRNAs are present in both B-cell and non-B-cell fractions, suggestive of miRNA transfer. Taken together our findings are consistent with miRNA-mediated gene silencing as a potential mechanism of intercellular communication between cells of the immune system that may be exploited by the persistent human gamma-herpesvirus EBV.

Substantial data indicate that microRNA 21 (miR-21) is significantly elevated in glioblastoma (GBM) and in many other tumors of various origins. This microRNA has been implicated in various aspects of carcinogenesis, including cellular proliferation, apoptosis, and migration. We demonstrate that miR-21 regulates multiple genes associated with glioma cell apoptosis, migration, and invasiveness, including the RECK and TIMP3 genes, which are suppressors of malignancy and inhibitors of matrix metalloproteinases (MMPs). Specific inhibition of miR-21 with antisense oligonucleotides leads to elevated levels of RECK and TIMP3 and therefore reduces MMP activities in vitro and in a human model of gliomas in nude mice. Moreover, downregulation of miR-21 in glioma cells leads to decreases of their migratory and invasion abilities. Our data suggest that miR-21 contributes to glioma malignancy by downregulation of MMP inhibitors, which leads to activation of MMPs, thus promoting invasiveness of cancer cells. Our results also indicate that inhibition of a single oncomir, like miR-21, with specific antisense molecules can provide a novel therapeutic approach for "physiological" modulation of multiple proteins whose expression is deregulated in cancer.

Most cancer cells release heterogeneous populations of extracellular vesicles (EVs) containing proteins, lipids, and nucleic acids. In vitro experiments showed that EV uptake can lead to transfer of functional mRNA and altered cellular behavior. However, similar in vivo experiments remain challenging because cells that take up EVs cannot be discriminated from non-EV-receiving cells. Here, we used the Cre-LoxP system to directly identify tumor cells that take up EVs in vivo. We show that EVs released by malignant tumor cells are taken up by less malignant tumor cells located within the same and within distant tumors and that these EVs carry mRNAs involved in migration and metastasis. By intravital imaging, we show that the less malignant tumor cells that take up EVs display enhanced migratory behavior and metastatic capacity. We postulate that tumor cells locally and systemically share molecules carried by EVs in vivo and that this affects cellular behavior.

Tumor-educated blood platelets (TEPs) are implicated as central players in the systemic and local responses to tumor growth, thereby altering their RNA profile. We determined the diagnostic potential of TEPs by mRNA sequencing of 283 platelet samples. We distinguished 228 patients with localized and metastasized tumors from 55 healthy individuals with 96% accuracy. Across six different tumor types, the location of the primary tumor was correctly identified with 71% accuracy. Also, MET or HER2-positive, and mutant KRAS, EGFR, or PIK3CA tumors were accurately distinguished using surrogate TEP mRNA profiles. Our results indicate that blood platelets provide a valuable platform for pan-cancer, multiclass cancer, and companion diagnostics, possibly enabling clinical advances in blood-based "liquid biopsies".

Functional biomolecules, including small noncoding RNAs (ncRNAs), are released and transmitted between mammalian cells via extracellular vesicles (EVs), including endosome-derived exosomes. The small RNA composition in cells differs from exosomes, but underlying mechanisms have not been established. We generated small RNA profiles by RNA sequencing (RNA-seq) from a panel of human B cells and their secreted exosomes. A comprehensive bioinformatics and statistical analysis revealed nonrandomly distributed subsets of microRNA (miRNA) species between B cells and exosomes. Unexpectedly, 3′ end adenylated miRNAs are relatively enriched in cells, whereas 3′ end uridylated isoforms appear overrepresented in exosomes, as validated in naturally occurring EVs isolated from human urine samples. Collectively, our findings suggest that posttranscriptional modifications, notably 3′ end adenylation and uridylation, exert opposing effects that may contribute, at least in part, to direct ncRNA sorting into EVs.

Microvesicles (exosomes) shed from both normal and cancerous cells may serve as means of intercellular communication. These microvesicles carry proteins, lipids and nucleic acids derived from the host cell. Their isolation and analysis from blood samples have the potential to provide information about state and progression of malignancy and should prove of great clinical importance as biomarkers for a variety of disease states. However, current protocols for isolation of microvesicles from blood require high-speed centrifugation and filtration, which are cumbersome and time consuming. In order to take full advantage of the potential of microvesicles as biomarkers for clinical applications, faster and simpler methods of isolation will be needed. In this paper, we present an easy and rapid microfluidic immunoaffinity method to isolate microvesicles from small volumes of both serum from blood samples and conditioned medium from cells in culture. RNA of high quality can be extracted from these microvesicles providing a source of information about the genetic status of tumors to serve as biomarkers for diagnosis and prognosis of cancer.

Signaling between endothelial cells, endothelial progenitor cells, and stromal cells is crucial for the establishment and maintenance of vascular integrity and involves exosomes, among other signaling pathways. Exosomes are important mediators of intercellular communication in immune signaling, tumor survival, stress responses, and angiogenesis. The ability of exosomes to incorporate and transfer messenger RNAs (mRNAs) encoding for "acquired" proteins or micro RNAs (miRNAs) repressing "resident" mRNA translation suggests that they can influence the physiological behavior of recipient cells. We demonstrate that miR-214, an miRNA that controls endothelial cell function and angiogenesis, plays a dominant role in exosome-mediated signaling between endothelial cells. Endothelial cell-derived exosomes stimulated migration and angiogenesis in recipient cells, whereas exosomes from miR-214-depleted endothelial cells failed to stimulate these processes. Exosomes containing miR-214 repressed the expression of ataxia telangiectasia mutated in recipient cells, thereby preventing senescence and allowing blood vessel formation. Concordantly, specific reduction of miR-214 content in exosome-producing endothelial cells abolishes the angiogenesis stimulatory function of the resulting exosomes. Collectively, our data indicate that endothelial cells release miR-214-containing exosomes to stimulate angiogenesis through the silencing of ataxia telangiectasia mutated in neighboring target cells.

A key step in angiogenesis is the upregulation of growth factor receptors on endothelial cells. Here, we demonstrate that a small regulatory microRNA, miR-296, has a major role in this process. Glioma cells and angiogenic growth factors elevate the level of miR-296 in primary human brain microvascular endothelial cells in culture. The miR-296 level is also elevated in primary tumor endothelial cells isolated from human brain tumors compared to normal brain endothelial cells. Growth factor-induced miR-296 contributes significantly to angiogenesis by directly targeting the hepatocyte growth factor-regulated tyrosine kinase substrate (HGS) mRNA, leading to decreased levels of HGS and thereby reducing HGS-mediated degradation of the growth factor receptors VEGFR2 and PDGFRβ. Furthermore, inhibition of miR-296 with antagomirs reduces angiogenesis in tumor xenografts in vivo.

Abstract Diagnostic platforms providing biomarkers that are highly predictive for diagnosing, monitoring, and stratifying cancer patients are key instruments in the development of personalized medicine. We demonstrate that tumor cells transfer (mutant) RNA into blood platelets in vitro and in vivo, and show that blood platelets isolated from glioma and prostate cancer patients contain the cancer-associated RNA biomarkers EGFRvIII and PCA3, respectively. In addition, gene-expression profiling revealed a distinct RNA signature in platelets from glioma patients compared with normal control subjects. Because platelets are easily accessible and isolated, they may form an attractive platform for the companion diagnostics of cancer.