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Small extracellular vesicle-derived miR-574-5p regulates PGE₂ biosynthesis via TLR7/8 in lung cancer

Donzelli, Julia (2021):
Small extracellular vesicle-derived miR-574-5p regulates PGE₂ biosynthesis via TLR7/8 in lung cancer. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00017950,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Small extracellular vesicle-derived miR-574-5p regulates PGE₂ biosynthesis via TLR7/8 in lung cancer
Language: English
Abstract:

Lung cancer (LC) is the leading cause of cancer-related deaths. Its progression is strongly enhanced by intercellular communication in the tumor microenvironment (TME). One of the main players in intercellular communication is small extracellular vesicles (sEV). sEV transport various biological cargoes such as microRNAs (miRs), a class of small non-coding RNAs, and thus trigger diverse responses in recipient cells. In addition to sEV, inflammatory processes promote tumor progression. A key inflammatory mediator in LC is prostaglandin E2 (PGE2). It highly contributes to inflammation, angiogenesis, immune evasion, and proliferation in the TME. To date, a possible relationship between inflammatory mediators like PGE2 and miR content in sEV remains unknown. Hence, this study aimed to analyze the impact of PGE2 on miR sorting into sEV. In this context, special attention was paid to miR-574-5p because it was shown to regulate PGE2 biosynthesis in lung adenocarcinoma (AC) cells. An analysis of the two main LC subtypes AC and squamous cell carcinoma (SCC) revealed different expression patterns of miR-574-5p and the PGE2-synthesizing enzyme microsomal prostaglandin E synthase 1 (mPGES-1) in LC tissue sections and 3D tumor models. Further, it was demonstrated that PGE2 induces the secretion of sEV-derived miR-574-5p in LC cells via the activation of E prostanoid (EP) receptors 1/3. PGE2 inhibition significantly reduced miR-574-5p secretion, indicating that PGE2 levels specifically modulate miR-574-5p sorting into sEV. An analysis of tetraspanins, membrane proteins abundant in sEV, revealed different compositions between AC- and SCC-derived sEV. Finally, sEV-derived miR-574-5p proved its physiological function by activating Toll-like receptors (TLR) 7/8 in AC cells and decreasing intracellular miR-574-5p, mPGES-1, and PGE2 levels. Thus, AC cells revealed a novel function for miR-574-5p which depends on miR transmission via sEV and stands in contrast to its intracellular role. Together, intracellular- and sEV-derived miR-574-5p prevent uncontrolled upregulation of PGE2 via a negative feedback loop. The findings of this study demonstrate for the first time that an inflammatory mediator, here PGE2, induces the sorting of a miR into sEV and that sEV not only transfer miRs to recipient cells but can also change their mode of action.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Lungenkrebs (LK) ist die führende Ursache für krebsbedingte Todesfälle. Seine Progression wird stark durch die interzelluläre Kommunikation in der Tumormikroumgebung (TMU) gefördert. Ein wichtiger Mediator der interzellulären Kommunikation sind kleine extrazelluläre Vesikel (sEV, auch Exosome genannt). SEV transportieren verschiedene biologische Moleküle wie mikroRNAs (miRs), eine Klasse von kleinen nicht-kodierenden RNAs, und lösen so diverse Reaktionen in Empfängerzellen aus. Neben sEV fördern Entzündungsprozesse die Tumorprogression. Ein für LK wichtiger Entzündungsmediator ist Prostaglandin E2 (PGE2). PGE2 trägt in hohem Maße zu Entzündung, Angiogenese, Immunevasion und Proliferation in der TMU bei. Bislang ist ein möglicher Zusammenhang zwischen Entzündungsmediatoren wie PGE2 und dem miR-Gehalt in sEV unbekannt. Daher war es Ziel dieser Studie, den Einfluss von PGE2 auf die miR-Sortierung in sEV zu analysieren. In diesem Zusammenhang wurde besonderes Augenmerk auf miR-574-5p gelegt, da gezeigt wurde, dass diese die PGE2-Biosynthese in Lungen-Adenokarzinom (AK)-Zellen reguliert. Eine Analyse der beiden Hauptsubtypen von LK, AK und Plattenepithelkarzinom (PEK), ergab unterschiedliche Expressionsmuster der miR-574-5p und dem PGE2-synthetisierenden Enzym mikrosomale Prostaglandin-E-Synthase 1 (mPGES-1) in LK-Gewebeschnitten und 3D-Tumormodellen. Weiterhin wurde gezeigt, dass PGE2 die Sekretion exosomaler miR-574-5p in LK-Zellen über die Aktivierung von Prostaglandin E (EP)-Rezeptoren 1/3 induziert. Die Inhibition von PGE2 reduzierte die miR-574-5p-Sekretion signifikant, was darauf hindeutet, dass der PGE2-Spiegel die Sortierung von miR-574-5p in sEV spezifisch moduliert. Eine Analyse der Tetraspanine, häufig vorkommende Membranproteine von sEV, zeigte unterschiedliche Zusammensetzungen zwischen AK- und PEK-sEV. Schließlich konnte eine physiologische Funktion für die exosomale miR-574-5p nachgewiesen werden, bei welcher sie die Toll-like Rezeptoren (TLR) 7/8 in AK-Zellen aktiviert und dadurch die intrazellulären miR-574-5p-, mPGES-1- und PGE2-Spiegel senkt. Somit wurde in AK-Zellen eine neuartige Funktion der miR-574-5p identifiziert, die von der miR-Übertragung mittels sEV abhängt und im Gegensatz zu ihrer intrazellulären Rolle steht. Zusammen verhindern intrazelluläre und exosomale miR-574-5p die unkontrollierte Hochregulierung von PGE2 über eine negative Rückkopplungsschleife. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen zum ersten Mal, dass ein Entzündungsmediator, hier PGE2, die Sortierung einer miR in sEV induziert und dass sEV miRs nicht nur transportieren, sondern auch deren Wirkungsweise verändern können.

German
Place of Publication: Darmstadt
Collation: 122 Seiten
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: 10 Department of Biology > Extracellular vesicles / miRNA Research
Date Deposited: 15 Nov 2021 08:16
Last Modified: 15 Nov 2021 08:16
DOI: 10.26083/tuprints-00017950
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-179509
Referees: Saul, Dr. Meike Julia ; Süß, Prof. Dr. Beatrix
Refereed: 11 May 2021
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/17950
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