Mechanical load of the skeleton system is essential for the development, growth, and maintenance of bone. However, the molecular mechanism by which mechanical stimuli are converted into osteogenesis and bone formation remains unclear. Here we report that Piezo1, a bona fide mechanotransducer that is critical for various biological processes, plays a critical role in bone formation. Knockout of Piezo1 in osteoblast lineage cells disrupts the osteogenesis of osteoblasts and severely impairs bone structure and strength. Bone loss that is induced by mechanical unloading is blunted in knockout mice. Intriguingly, simulated microgravity treatment reduced the function of osteoblasts by suppressing the expression of Piezo1. Furthermore, osteoporosis patients show reduced expression of Piezo1, which is closely correlated with osteoblast dysfunction. These data collectively suggest that Piezo1 functions as a key mechanotransducer for conferring mechanosensitivity to osteoblasts and determining mechanical-load-dependent bone formation, and represents a novel therapeutic target for treating osteoporosis or mechanical unloading-induced severe bone loss.

MicroRNAs have an important role in bone homeostasis. However, the detailed mechanism of microRNA-mediated intercellular communication between bone cells remains elusive. Here, we report that osteoclasts secrete microRNA-enriched exosomes, by which miR-214 is transferred into osteoblasts to inhibit their function. In a coculture system, inhibition of exosome formation and secretion prevented miR-214 transportation. Exosomes specifically recognized osteoblasts through the interaction between ephrinA2 and EphA2. In osteoclast-specific miR-214 transgenic mice, exosomes were secreted into the serum, and miR-214 and ephrinA2 levels were elevated. Therefore, these exosomes have an inhibitory role in osteoblast activity. miR-214 and ephrinA2 levels in serum exosomes from osteoporotic patients and mice were upregulated substantially. These exosomes may significantly inhibit osteoblast activity. Inhibition of exosome secretion via Rab27a small interfering RNA prevented ovariectomized-induced osteoblast dysfunction in vivo. Taken together, these findings suggest that exosome-mediated transfer of microRNA plays an important role in the regulation of osteoblast activity. Circulating miR-214 in exosomes not only represents a biomarker for bone loss but could selectively regulate osteoblast function.

Rationale: Breast cancer preferentially develops osteolytic bone metastasis, which makes patients suffer from pain, fractures and spinal cord compression. Accumulating evidences have shown that exosomes play an irreplaceable role in pre-metastatic niche formation as a communication messenger. However, the function of exosomes secreted by breast cancer cells remains incompletely understood in bone metastasis of breast cancer. Methods: Mouse xenograft models and intravenous injection of exosomes were applied for analyzing the role of breast cancer cell-derived exosomes in vivo. Effects of exosomes secreted by the mildly metastatic MDA231 and its subline SCP28 with highly metastatic ability on osteoclasts formation were confirmed by TRAP staining, ELISA, microcomputed tomography, histomorphometric analyses, and pit formation assay. The candidate exosomal miRNAs for promoting osteoclastogenesis were globally screened by RNA-seq. qRT-PCR, western blot, confocal microscopy, and RNA interfering were performed to validate the function of exosomal miRNA. Results: Implantation of SCP28 tumor cells in situ leads to increased osteoclast activity and reduced bone density, which contributes to the formation of pre-metastatic niche for tumor cells. We found SCP28 cells-secreted exosomes are critical factors in promoting osteoclast differentiation and activation, which consequently accelerates bone lesion to reconstruct microenvironment for bone metastasis. Mechanistically, exosomal miR-21 derived from SCP28 cells facilitates osteoclastogenesis through regulating PDCD4 protein levels. Moreover, miR-21 level in serum exosomes of breast cancer patients with bone metastasis is significantly higher than that in other subpopulations. Conclusion: Our results indicate that breast cancer cell-derived exosomes play an important role in promoting breast cancer bone metastasis, which is associated with the formation of pre-metastatic niche via transferring miR-21 to osteoclasts. The data from patient samples further reflect the significance of miR-21 as a potential target for clinical diagnosis and treatment of breast cancer bone metastasis.

microRNA is necessary for osteoclast differentiation, function and survival. It has been reported that miR-199/214 cluster plays important roles in vertebrate skeletal development and miR-214 inhibits osteoblast function by targeting ATF4. Here, we show that miR-214 is up-regulated during osteoclastogenesis from bone marrow monocytes (BMMs) with macrophage colony stimulating factor (M-CSF) and receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL) induction, which indicates that miR-214 plays a critical role in osteoclast differentiation. Overexpression of miR-214 in BMMs promotes osteoclastogenesis, whereas inhibition of miR-214 attenuates it. We further find that miR-214 functions through PI3K/Akt pathway by targeting phosphatase and tensin homolog (Pten). In vivo, osteoclast specific miR-214 transgenic mice (OC-TG214) exhibit down-regulated Pten levels, increased osteoclast activity, and reduced bone mineral density. These results reveal a crucial role of miR-214 in the differentiation of osteoclasts, which will provide a potential therapeutic target for osteoporosis.

Receptor Expression-Enhancing Protein 3 (REEP3) serves as a pivotal enzyme crucial for endoplasmic reticulum (ER) clearance during mitosis and is implicated in the advancement of diverse malignancies. Nonetheless, the biological role and mechanisms of REEP3 in pancreatic cancer patients, along with its interplay with immune infiltration, remain inadequately elucidated. In this study, we initially analyzed the differential expression of REEP3 between pancreatic cancer tissues and normal pancreas tissues using the Cancer Genome Atlas (TCGA), GTEx and Gene Expression Omnibus (GEO) databases. Subsequently, we utilized Kaplan-Meier analysis, Cox regression and ROC curve to determine the predictive value of REEP3 for the clinical outcomes of pancreatic cancer patients. Functional enrichment analyses, including Gene Ontology (GO), Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) and Gene Set Enrichment Analysis (GSEA), were conducted to explore the potential signaling pathways and biological functions associated with pancreatic cancer. Furthermore, we investigated the PPI network, miRNA, RBP and transcription factor interactions of REEP3 using databases such as GeneMania, STRING, StarBase, KnockTK, ENCODE, Jaspar and hTFtarget. Lastly, the "ssGSEA" algorithm and TIMER database were employed to investigate the correlation between REEP3 expression and immune infiltration as well as immune checkpoints. The expression of REEP3 in pancreatic cancer showed a significantly higher level compared to that in normal tissues. ROC curve analysis indicated that REEP3 holds substantial diagnostic potential for pancreatic cancer patients. Elevated REEP3 expression correlated with unfavorable outcomes in terms of both overall survival and relapse-free survival, establishing it as a notable adverse prognostic marker in pancreatic cancer. Moreover, both univariate and multivariate Cox regression analyses demonstrated that REEP3 maintained an independent association with overall survival. Functional enrichment analyses revealed pathways significantly linked to REEP3, including cytoplasmic translation, wound healing, viral processes, regulation of cellular component size and actin filament organization. Additionally, REEP3 expression displayed a significant positive correlation with CD8+ T cells, B cells, natural killer cells, dendritic cells and macrophages. REEP3 is a potential diagnostic, prognostic marker and immunotherapeutic target for pancreatic cancer.