Small noncoding microRNAs (miRNAs) can contribute to cancer development and progression and are differentially expressed in normal tissues and cancers. From a large-scale miRnome analysis on 540 samples including lung, breast, stomach, prostate, colon, and pancreatic tumors, we identified a solid cancer miRNA signature composed by a large portion of overexpressed miRNAs. Among these miRNAs are some with well characterized cancer association, such as miR-17-5p , miR-20a , miR-21 , miR-92 , miR-106a , and miR-155 . The predicted targets for the differentially expressed miRNAs are significantly enriched for protein-coding tumor suppressors and oncogenes ( P < 0.0001). A number of the predicted targets, including the tumor suppressors RB1 (Retinoblastoma 1) and TGFBR2 (transforming growth factor, beta receptor II) genes were confirmed experimentally. Our results indicate that miRNAs are extensively involved in cancer pathogenesis of solid tumors and support their function as either dominant or recessive cancer genes.

Abstract MicroRNAs (miRNAs) are a class of small noncoding RNAs that control gene expression by targeting mRNAs and triggering either translation repression or RNA degradation. Their aberrant expression may be involved in human diseases, including cancer. Indeed, miRNA aberrant expression has been previously found in human chronic lymphocytic leukemias, where miRNA signatures were associated with specific clinicobiological features. Here, we show that, compared with normal breast tissue, miRNAs are also aberrantly expressed in human breast cancer. The overall miRNA expression could clearly separate normal versus cancer tissues, with the most significantly deregulated miRNAs being mir-125b, mir-145, mir-21, and mir-155. Results were confirmed by microarray and Northern blot analyses. We could identify miRNAs whose expression was correlated with specific breast cancer biopathologic features, such as estrogen and progesterone receptor expression, tumor stage, vascular invasion, or proliferation index.

Chronic lymphocytic leukemia (CLL) is the most common human leukemia and is characterized by predominantly nondividing malignant B cells overexpressing the antiapoptotic B cell lymphoma 2 (Bcl2) protein. miR-15a and miR-16-1 are deleted or down-regulated in the majority of CLLs. Here, we demonstrate that miR-15a and miR-16-1 expression is inversely correlated to Bcl2 expression in CLL and that both microRNAs negatively regulate Bcl2 at a posttranscriptional level. BCL2 repression by these microRNAs induces apoptopsis in a leukemic cell line model. Therefore, miR-15 and miR-16 are natural antisense Bcl2 interactors that could be used for therapy of Bcl2-overexpressing tumors.

MicroRNA expression profiles can be used to distinguish normal B cells from malignant B cells in patients with chronic lymphocytic leukemia (CLL). We investigated whether microRNA profiles are associated with known prognostic factors in CLL.We evaluated the microRNA expression profiles of 94 samples of CLL cells for which the level of expression of 70-kD zeta-associated protein (ZAP-70), the mutational status of the rearranged immunoglobulin heavy-chain variable-region (IgV(H) ) gene, and the time from diagnosis to initial treatment were known. We also investigated the genomic sequence of 42 microRNA genes to identify abnormalities.A unique microRNA expression signature composed of 13 genes (of 190 analyzed) differentiated cases of CLL with low levels of ZAP-70 expression from those with high levels and cases with unmutated IgV(H) from those with mutated IgV(H) . The same microRNA signature was also associated with the presence or absence of disease progression. We also identified a germ-line mutation in the miR-16-1-miR-15a primary precursor, which caused low levels of microRNA expression in vitro and in vivo and was associated with deletion of the normal allele. Germ-line or somatic mutations were found in 5 of 42 sequenced microRNAs in 11 of 75 patients with CLL, but no such mutations were found in 160 subjects without cancer (P<0.001).A unique microRNA signature is associated with prognostic factors and disease progression in CLL. Mutations in microRNA transcripts are common and may have functional importance.

Abstract Small non‐coding microRNAs (miRNAs) contribute to cancer development and progression, and are differentially expressed in normal tissues and cancers. However, the specific role of miRNAs in the metastatic process is still unknown. To seek a specific miRNA expression signature characterizing the metastatic phenotype of solid tumours, we performed a miRNA microarray analysis on 43 paired primary tumours (ten colon, ten bladder, 13 breast, and ten lung cancers) and one of their related metastatic lymph nodes. We identified a metastatic cancer miRNA signature comprising 15 overexpressed and 17 underexpressed miRNAs. Our results were confirmed by qRT‐PCR analysis. Among the miRNAs identified, some have a well‐characterized association with cancer progression, eg miR‐10b, miR‐21, miR‐30a, miR‐30e, miR‐125b, miR‐141, miR‐200b, miR‐200c, and miR‐205. To further support our data, we performed an immunohistochemical analysis for three well‐defined miRNA gene targets ( PDCD4, DHFR , and HOXD10 genes) on a small series of paired colon, breast, and bladder cancers, and one of their metastatic lymph nodes. We found that the immunohistochemical expression of these targets significantly follows the corresponding miRNA deregulation. Our results suggest that specific miRNAs may be directly involved in cancer metastasis and that they may represent a novel diagnostic tool in the characterization of metastatic cancer gene targets. Copyright © 2009 Pathological Society of Great Britain and Ireland. Published by John Wiley & Sons, Ltd.

MicroRNAs are short non-coding RNA molecules able to affect stability and/or translation of mRNA, thereby regulating the expression of genes involved in many biological processes. We report here that microRNAs miR-27a and miR-451 are involved in activating the expression of P-glycoprotein, the MDR1 gene product that confers cancer cell resistance to a broad range of chemotherapeutics. We showed that expressions of miR-27a and miR-451 were up-regulated in multidrug resistant (MDR) cancer cell lines A2780DX5 and KB-V1, as compared with their parental lines A2780 and KB-3-1. Treatment of A2780DX5 cells with the antagomirs of miR-27a or miR-451 decreased the expression of P-glycoprotein and MDR1 mRNA. In contrast, the mimics of miR-27a and miR-451 increased MDR1 expression in the parental cells A2780. The sensitivity to and intracellular accumulation of cytotoxic drugs that are transported by P-glycoprotein were enhanced by the treatment with the antagomirs of miR-27a or miR-451. Our results demonstrate for the first time the roles of microRNAs in the regulation of drug resistance mediated by MDR1/P-glycoprotein, and suggest the potential for targeting miR-27a and miR-451 as a therapeutic strategy for modulating MDR in cancer cells.

Abstract MicroRNAs (miR) are a class of small (∼21 nucleotide) noncoding RNAs that, in general, negatively regulate gene expression. Some miRs harboring CGIs undergo methylation-mediated silencing, a characteristic of many tumor suppressor genes. To identify such miRs in liver cancer, the miRNA expression profile was analyzed in hepatocellular carcinoma (HCC) cell lines treated with 5-azacytidine (DNA hypomethylating agent) and/or trichostatin A (histone deacetylase inhibitor). The results showed that these epigenetic drugs differentially regulate expression of a few miRs, particularly miR-1-1, in HCC cells. The CGI spanning exon 1 and intron 1 of miR-1-1 was methylated in HCC cell lines and in primary human HCCs but not in matching liver tissues. The miR-1-1 gene was hypomethylated and activated in DNMT1−/− HCT 116 cells but not in DNMT3B null cells, indicating a key role for DNMT1 in its methylation. miR-1 expression was also markedly reduced in primary human hepatocellular carcinomas compared with matching normal liver tissues. Ectopic expression of miR-1 in HCC cells inhibited cell growth and reduced replication potential and clonogenic survival. The expression of FoxP1 and MET harboring three and two miR-1 cognate sites, respectively, in their respective 3′-untranslated regions, was markedly reduced by ectopic miR-1. Up-regulation of several miR-1 targets including FoxP1, MET, and HDAC4 in primary human HCCs and down-regulation of their expression in 5-AzaC–treated HCC cells suggest their role in hepatocarcinogenesis. The inhibition of cell cycle progression and induction of apoptosis after re-expression of miR-1 are some of the mechanisms by which DNA hypomethylating agents suppress hepatocarcinoma cell growth. [Cancer Res 2008;68(13):5049–58]

beclin 1, the mammalian homologue of the yeast Atg6, is a key autophagy-promoting gene that plays a critical role in the regulation of cell death and survival of various types of cells. However, recent studies have observed that the expression of beclin 1 is altered in certain diseases including cancers. The causes underlying the aberrant expression of beclin 1 remain largely unknown. We report here that microRNAs (miRNAs), a class of endogenous, 22–24 nucleotide noncoding RNA molecules able to affect stability and translation of mRNA, may represent a previously unrecognized mechanism for regulating beclin 1 expression and autophagy. We demonstrated that beclin 1 is a potential target for miRNA miR-30a, and this miRNA could negatively regulate beclin 1 expression resulting in decreased autophagic activity. Treatment of tumor cells with the miR-30a mimic decreased, and with the antagomir increased, the expression of beclin 1 mRNA and protein. Dual luciferase reporter assay confirmed that the miR-30a binding sequences in the 3′-UTR of beclin 1 contribute to the modulation of beclin 1 expression by miR-30a. Furthermore, inhibition of beclin 1 expression by the miR-30a mimic blunted activation of autophagy induced by rapamycin. Our study of the role of miR-30a in regulating beclin 1 expression and autophagy reveals a novel function for miRNA in a critical cellular event with significant impacts in cancer development, progression and treatment, and in other diseases.

Manel Esteller and colleagues report truncating mutations in TARBP2, an integral component of a DICER1-containing complex, in human colorectal cancers. This is the first report of a mutation in one of the genes involved in miRNA processing in human cancer. microRNAs (miRNAs) are small noncoding RNAs that regulate gene expression by targeting messenger RNA (mRNA) transcripts. Recently, a miRNA expression profile of human tumors has been characterized by an overall miRNA downregulation1,2,3. Explanations for this observation include a failure of miRNA post-transcriptional regulation4, transcriptional silencing associated with hypermethylation of CpG island promoters5,6,7 and miRNA transcriptional repression by oncogenic factors8. Another possibility is that the enzymes and cofactors involved in miRNA processing pathways may themselves be targets of genetic disruption, further enhancing cellular transformation9. However, no loss-of-function genetic alterations in the genes encoding these proteins have been reported. Here we have identified truncating mutations in TARBP2 (TAR RNA-binding protein 2), encoding an integral component of a DICER1-containing complex10,11, in sporadic and hereditary carcinomas with microsatellite instability12,13,14. The presence of TARBP2 frameshift mutations causes diminished TRBP protein expression and a defect in the processing of miRNAs. The reintroduction of TRBP in the deficient cells restores the efficient production of miRNAs and inhibits tumor growth. Most important, the TRBP impairment is associated with a destabilization of the DICER1 protein. These results provide, for a subset of human tumors, an explanation for the observed defects in the expression of mature miRNAs.