The mechanics of the cellular microenvironment continuously modulates cell functions such as growth, survival, apoptosis, differentiation and morphogenesis via cytoskeletal remodelling and actomyosin contractility1-3. Although all of these processes consume energy4,5, it is unknown whether and how cells adapt their metabolic activity to variable mechanical cues. Here we report that the transfer of human bronchial epithelial cells from stiff to soft substrates causes a downregulation of glycolysis via proteasomal degradation of the rate-limiting metabolic enzyme phosphofructokinase (PFK). PFK degradation is triggered by the disassembly of stress fibres, which releases the PFK-targeting E3 ubiquitin ligase tripartite motif (TRIM)-containing protein 21 (TRIM21). Transformed non-small-cell lung cancer cells, which maintain high glycolytic rates regardless of changing environmental mechanics, retain PFK expression by downregulating TRIM21, and by sequestering residual TRIM21 on a stress-fibre subset that is insensitive to substrate stiffness. Our data reveal a mechanism by which glycolysis responds to architectural features of the actomyosin cytoskeleton, thus coupling cell metabolism to the mechanical properties of the surrounding tissue. These processes enable normal cells to tune energy production in variable microenvironments, whereas the resistance of the cytoskeleton in response to mechanical cues enables the persistence of high glycolytic rates in cancer cells despite constant alterations of the tumour tissue.

Abstract Aldehyde dehydrogenase (ALDH) is a candidate marker for lung cancer cells with stem cell-like properties. Immunohistochemical staining of a large panel of primary non–small cell lung cancer (NSCLC) samples for ALDH1A1, ALDH3A1, and CD133 revealed a significant correlation between ALDH1A1 (but not ALDH3A1 or CD133) expression and poor prognosis in patients including those with stage I and N0 disease. Flow cytometric analysis of a panel of lung cancer cell lines and patient tumors revealed that most NSCLCs contain a subpopulation of cells with elevated ALDH activity, and that this activity is associated with ALDH1A1 expression. Isolated ALDH+ lung cancer cells were observed to be highly tumorigenic and clonogenic as well as capable of self-renewal compared with their ALDH− counterparts. Expression analysis of sorted cells revealed elevated Notch pathway transcript expression in ALDH+ cells. Suppression of the Notch pathway by treatment with either a γ-secretase inhibitor or stable expression of shRNA against NOTCH3 resulted in a significant decrease in ALDH+ lung cancer cells, commensurate with a reduction in tumor cell proliferation and clonogenicity. Taken together, these findings indicate that ALDH selects for a subpopulation of self-renewing NSCLC stem-like cells with increased tumorigenic potential, that NSCLCs harboring tumor cells with ALDH1A1 expression have inferior prognosis, and that ALDH1A1 and CD133 identify different tumor subpopulations. Therapeutic targeting of the Notch pathway reduces this ALDH+ component, implicating Notch signaling in lung cancer stem cell maintenance. Cancer Res; 70(23); 9937–48. ©2010 AACR.

AUTHOR SUMMARY Phosphatidylserine (PS) receptors are PS binding proteins that mediate uptake of apoptotic bodies. Many enveloped viruses utilize this PS/PS receptor mechanism to adhere to and internalize into the endosomal compartment of cells and this is termed apoptotic mimicry. For viruses that have a mechanism(s) of endosomal escape, apoptotic mimicry is a productive route of virus entry. We evaluated if PS receptors serve as cell surface receptors for SARS-CoV-2 and found that the PS receptors, AXL, TIM-1 and TIM-4, facilitated virus infection when low concentrations of the SARS-CoV-2 cognate receptor, ACE2, was present. Consistent with the established mechanism of PS receptor utilization by other viruses, PS liposomes competed with SARS-CoV-2 for binding and entry. We demonstrated that this PS receptor enhances SARS-CoV-2 binding to and infection of an array of human lung cell lines and is an under-appreciated but potentially important host factor facilitating SARS-CoV-2 entry.

Abstract Mutant KRAS (KM) is the most common oncogene in lung cancer (LC). KM regulates several metabolic networks, but their role in tumorigenesis is still not sufficiently characterized to be exploited in cancer therapy. To identify metabolic networks specifically deregulated in KMLC, we characterized the lipidome of genetically engineered LC mice, cell lines, patient derived xenografts and primary human samples. We also determined that KMLC, but not EGFR-mutant (EGFR-MUT) LC, is enriched in triacylglycerides (TAG) and phosphatidylcholines (PC). We also found that KM upregulates fatty acid synthase (FASN), a rate-limiting enzyme in fatty acid (FA) synthesis promoting the synthesis of palmitate and PC. We determined that FASN is specifically required for the viability of KMLC, but not of LC harboring EGFR-MUT or wild type KRAS. Functional experiments revealed that FASN inhibition leads to ferroptosis, a reactive oxygen species (ROS)-and iron-dependent cell death. Consistently, lipidomic analysis demonstrated that FASN inhibition in KMLC leads to accumulation of PC with polyunsaturated FA (PUFA) chains, which are the substrate of ferroptosis. Integrating lipidomic, transcriptome and functional analyses, we demonstrated that FASN provides saturated (SFA) and monounsaturated FA (MUFA) that feed the Lands cycle, the main process remodeling oxidized phospholipids (PL), such as PC. Accordingly, either inhibition of FASN or suppression of the Lands cycle enzymes PLA2 and LPCAT3, promotes the intracellular accumulation of lipid peroxides and ferroptosis in KMLC both in vitro and in vivo . Our work supports a model whereby the high oxidative stress caused by KM dictates a dependency on newly synthesized FA to repair oxidated phospholipids, establishing a targetable vulnerability. These results connect KM oncogenic signaling, FASN induction and ferroptosis, indicating that FASN inhibitors already in clinical trial in KMLC patients ( NCT03808558 ) may be rapidly deployed as therapy for KMLC.

Abstract COVID-19 is an infectious disease caused by SARS-CoV-2, which enters host cells via the cell surface proteins ACE2 and TMPRSS2. Using a variety of normal and malignant models and tissues from the aerodigestive and respiratory tracts, we investigated the expression and regulation of ACE2 and TMPRSS2 . We find that ACE2 expression is restricted to a select population of highly epithelial cells. Notably, infection with SARS-CoV-2 in cancer cell lines, bronchial organoids, and patient nasal epithelium, induces metabolic and transcriptional changes consistent with epithelial to mesenchymal transition (EMT), including upregulation of ZEB1 and AXL , resulting in an increased EMT score. Additionally, a transcriptional loss of genes associated with tight junction function occurs with SARS-CoV-2 infection. The SARS-CoV-2 receptor, ACE2, is repressed by EMT via TGFbeta, ZEB1 overexpression and onset of EGFR TKI inhibitor resistance. This suggests a novel model of SARS-CoV-2 pathogenesis in which infected cells shift toward an increasingly mesenchymal state, associated with a loss of tight junction components with acute respiratory distress syndrome-protective effects. AXL-inhibition and ZEB1-reduction, as with bemcentinib, offers a potential strategy to reverse this effect. These observations highlight the utility of aerodigestive and, especially, lung cancer model systems in exploring the pathogenesis of SARS-CoV-2 and other respiratory viruses, and offer important insights into the potential mechanisms underlying the morbidity and mortality of COVID-19 in healthy patients and cancer patients alike.

The novel coronavirus SARS-CoV-2 was identified as the causative agent of the ongoing pandemic COVID 19. COVID-19-associated deaths are mainly attributed to severe pneumonia and respiratory failure. Recent work demonstrated that SARS-CoV-2 binds to angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) in the lung. To better understand ACE2 abundance and expression patterns in the lung we interrogated our in-house single-cell RNA-sequencing dataset containing 70,085 EPCAM+ lung epithelial cells from paired normal and lung adenocarcinoma tissues. Transcriptomic analysis revealed a diverse repertoire of airway lineages that included alveolar type I and II, bronchioalveolar, club/secretory, quiescent and proliferating basal, ciliated and malignant cells as well as rare populations such as ionocytes. While the fraction of lung epithelial cells expressing ACE2 was low (1.7% overall), alveolar type II (AT2, 2.2% ACE2 +) cells exhibited highest levels of ACE2 expression among all cell subsets. Further analysis of the AT2 compartment (n = 27,235 cells) revealed a number of genes co-expressed with ACE2 that are important for lung pathobiology including those associated with chronic obstructive pulmonary disease (COPD; HHIP ), pneumonia and infection ( FGG and C4BPA ) as well as malarial/bacterial ( CD36 ) and viral ( DMBT1 ) scavenging which, for the most part, were increased in smoker versus light or non-smoker cells. Notably, DMBT1 was highly expressed in AT2 cells relative to other lung epithelial subsets and its expression positively correlated with ACE2 . We describe a population of ACE2 -positive AT2 cells that co-express pathogen (including viral) receptors (e.g. DMBT1 ) with crucial roles in host defense thus comprising plausible phenotypic targets for treatment of COVID-19.### Competing Interest StatementAES is an employee of Johnson and Johnson and has shares in Veracyte. HK receives funding to MD Anderson Cancer Center from Johnson and Johnson. TC has received speaker’s fees from the Society for Immunotherapy of Cancer and Bristol-Myers Squibb; receives consulting/advisory role fees from MedImmune, Bristol-Myers Squibb and EMD Serono, and research funding to MD Anderson Cancer Center from Boehringer Ingelheim, MedImmune and Bristol-Myers Squibb outside the scope of this work. All other authors declare no competing interests.