Abstract Small cell lung cancer (SCLC) is a highly aggressive type of lung cancer, characterized by rapid proliferation, early metastatic spread, clinical recurrence and high rate of mortality. Using in vivo insertional mutagenesis screening in conjunction with cross-species genomic and transcriptomic validation, we identified a strong and consistent signal for neuronal, synaptic, and glutamatergic signaling gene sets in murine and human SCLC. We show that SCLC cells have the ability to develop intimate contacts with neuronal glutamatergic terminals in vitro , in autochthonous primary lung tumors and in brain-engrafted tumors. These contacts can develop into bona fide synapses, allowing SCLC cells to receive glutamatergic inputs. Fitting with a potential oncogenic role of neuron-SCLC interactions, we show that SCLC cells derive a robust proliferation advantage when co-cultured with neurons. Moreover, the repression of glutamate release and the stimulation of the inhibitory glutamate receptor GRM8 displayed therapeutic efficacy in an autochthonous mouse model of SCLC. Therefore, following malignant transformation, SCLC cells appear to hijack glutamatergic signaling to sustain tumor growth, thereby exposing a novel entry route for therapeutic intervention.

Abstract Loss-of-function variants in the PRKN gene encoding the ubiquitin E3 ligase PARKIN cause autosomal recessive early-onset Parkinson’s disease (PD). Extensive in vitro and in vivo studies have reported that PARKIN is involved in multiple pathways of mitochondrial quality control, including mitochondrial degradation and biogenesis. However, these findings are surrounded by substantial controversy due to conflicting experimental data. In addition, the existing PARKIN-deficient mouse models have failed to faithfully recapitulate PD phenotypes. Therefore, we have investigated the mitochondrial role of PARKIN during ageing and in response to stress by employing a series of conditional Parkin knockout mice. We report that PARKIN loss does not affect oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity and mitochondrial DNA (mtDNA) levels in the brain, heart, and skeletal muscle of aged mice. We also demonstrate that PARKIN deficiency does not exacerbate the brain defects and the pro-inflammatory phenotype observed in mice carrying high levels of mtDNA mutations. To rule out compensatory mechanisms activated during embryonic development of Parkin -deficient mice, we generated a mouse model where loss of PARKIN was induced in adult dopaminergic (DA) neurons. Surprisingly, also these mice did not show motor impairment or neurodegeneration, and no major transcriptional changes were found in isolated midbrain DA neurons. Finally, we report a patient with compound heterozygous PRKN pathogenic variants that lacks PARKIN and has developed PD. The PARKIN deficiency did not impair OXPHOS activities or induce mitochondrial pathology in skeletal muscle from the patient. Altogether, our results argue that PARKIN is dispensable for OXPHOS function in adult mammalian tissues.

Astrocytes have emerged for playing important roles in brain tissue repair, however the underlying mechanisms remain poorly understood. We show that acute injury and blood-brain barrier disruption trigger the formation of a prominent mitochondrial-enriched compartment in astrocytic end-feet which enables vascular remodeling. Integrated imaging approaches revealed that this mitochondrial clustering is part of an adaptive response regulated by fusion dynamics. Astrocyte-specific conditional deletion of Mitofusin 2 ( Mfn2 ) suppressed perivascular mitochondrial clustering and disrupted mitochondria-ER contact sites. Functionally, two-photon imaging experiments showed that these structural changes were mirrored by impaired mitochondrial Ca2+ uptake leading to abnormal cytosolic transients within end-feet in vivo . At the tissue level, a compromised vascular complexity in the lesioned area was restored by boosting mitochondrial-ER perivascular tethering in MFN2-deficient astrocytes. These data unmask a crucial role for mitochondrial dynamics in coordinating astrocytic local domains and have important implications for repairing the injured brain.

Abstract The transition between quiescence and activation in neural stem and progenitor cells (NSPCs) is coupled to reversible changes in energy metabolism with key implications for life-long NSPC self-renewal and neurogenesis. How this metabolic plasticity is ensured between NSPC activity states is unclear. We found that a state-dependent rewiring of the mitochondrial proteome by the peptidase YME1L is required to preserve NSPC self-renewal in the adult brain. YME1L-mediated proteome rewiring regulates the rate of fatty acid oxidation (FAO) for replenishing Krebs cycle intermediates and dNTP precursors, which are required to sustain NSPC amplification. Yme1l deletion irreversibly shifts the metabolic profile of NSPCs away from a FAO-dependent state resulting in defective self-renewal, premature differentiation and NSPC pool depletion. Our results disclose an important role for YME1L in coordinating the switch between metabolic states of NSPCs and suggest that NSPC fate is regulated by compartmentalized changes in protein network dynamics.