MicroRNAs (miRNAs) are small noncoding RNA molecules that regulate protein expression by cleaving or repressing the translation of target mRNAs. In mammal animals, their function mainly represses the target mRNAs transcripts via imperfectly complementary to the 3′UTR of target mRNAs. Several miRNAs have been recently reported to be involved in modulation of glioma development, especially some up-regulated miRNAs, such as microRNA-21 (miR-21), which has been found to function as an oncogene in cultured glioblastoma multiforme cells. Temozolomide (TMZ), an alkylating agent, is a promising chemotherapeutic agent for treating glioblastoma. However, resistance develops quickly and with high frequency. To explore the mechanism of resistance, we found that miR-21 could protect human glioblastoma U87MG cells from TMZ induced apoptosis. Our studies showed that TMZ markedly enhanced apoptosis in U87MG cells compared with untreated cells (P < 0.05). However, over-express miR-21 in U87MG cells could significantly reduce TMZ-induced apoptosis (P < 0.05). Pro-apoptotic Bax and anti-apoptotic Bcl-2 proteins are known to regulate the apoptosis of glioma cells. Bcl-2, resistance to induction of apoptosis, constitutes one major obstacle to chemotherapy in many cancer cells. Bax is shown to correlate with an increased survival of glioblastoma multiforme patients. Further research demonstrated that the mechanism was associated with a shift in Bax/Bcl-2 ratio and change in caspase-3 activity. Compared to control cells, cells treated with TMZ showed a significant increase in the Bax/Bcl-2 ratio and caspase-3 activity (P < 0.01). However, such effect was partly prevented by treatment of cells with miR-21 overexpression before, which appeared to downregulate the Bax expression, upregulate the Bcl-2 expression and decrease caspase-3 activity. Taken together, these results suggested that over-express miR-21 could inhibit TMZ-induced apoptosis in U87MG cells, at least in part, by decreasing Bax/Bcl-2 ratio and caspase-3 activity, which highlighted the possibility of miR-21 overexpression in the clinical resistance to chemotherapeutic therapy of TMZ.

Microenvironment niches determine cellular fates of metastatic cancer cells. However, robust and unbiased approaches to identify niche components and their molecular profiles are lacking. We established Sortase A-Based Microenvironment Niche Tagging (SAMENT), which selectively labels cells encountered by cancer cells during metastatic colonization. SAMENT was applied to multiple cancer models colonizing the same organ and the same cancer to different organs. Common metastatic niche features include macrophage enrichment and T cell depletion. Macrophage niches are phenotypically diverse between different organs. In bone, macrophages express the estrogen receptor alpha (ERα) and exhibit active ERα signaling in male and female hosts. Conditional knockout of

SUMMARY Bone represents congenial soil for metastatic seeds and is frequently affected by metastasis of multiple cancer types. The histological and molecular characteristics of bone metastases (BMs) are diverse but poorly understood. Herein, we performed single-cell RNA-seq on 34 BMs from 6 cancer types and identified 3 ecosystem archetypes characterized by enrichment of macrophages/osteoclasts (Mφ-OC), regulatory/exhausted T cells (Treg-Tex), and monocytes (Mono), respectively. Breast cancer BMs are mostly the Mφ-OC archetype driven by the osteolytic vicious cycle, whereas kidney cancers BMs mainly belong to the Treg-Tex archetype that lacks osteoclasts. Lung cancers BMs evenly distributed across all archetypes. Further analyses revealed parallel mechanisms of immunosuppression and bone remodeling. Elevated estrogen signaling distinguishes macrophages in the Mφ-OC subtype, which was investigated in a companion study. Together, we elucidated that divergent mechanisms toward bone colonization and that BMs of different origins can adopt the same mechanism through convergent evolution or adaptation. HIGHLIGHTS Analyses of bone metastases from 6 cancer types revealed three immune archetypes. Archetypes diverge on immune trajectories, and features of tumor and stromal cells. Dominant cell type in each archetype undergoes convergent evolution. Regulatory networks converge on osteoclasts and Tregs to drive archetype formation. Graphic Abstract

Renal cell carcinoma (RCC) bone metastatis progression is driven by crosstalk between tumor cells and the bone microenvironment, which includes osteoblasts, osteoclasts, and osteocytes. RCC bone metastases (RCCBM) are predominantly osteolytic and resistant to antiresorptive therapy. The molecular mechanisms underlying pathologic osteolysis and disruption of bone homeostasis remain incompletely understood. We previously reported that BIGH3/TGFBI (transforming growth factor-beta-induced protein ig-h3, shortened to BIGH3 henceforth) secreted by colonizing RCC cells drives osteolysis by inhibiting osteoblast differentiation, impairing healing of osteolytic lesions, which is reversible with osteoanabolic agents. Here, we report that BIGH3 induces osteocyte apoptosis in both human RCCBM tissue specimens and in a preclinical mouse model. We also demonstrate that BIGH3 reduces Cx43 expression, blocking gap junction (GJ) function and osteocyte network communication. BIGH3-mediated GJ inhibition is blocked by the lysosomal inhibitor hydroxychloroquine (HCQ), but not osteoanabolic agents. Our results broaden the understanding of pathologic osteolysis in RCCBM and indicate that targeting the BIGH3 mechanism could be a combinational strategy for the treatment of RCCBM-induced bone disease that overcomes the limited efficacy of antiresorptives that target osteoclasts.