Cellular imbalances of cholesterol and fatty acid metabolism result in pathological processes, including atherosclerosis and metabolic syndrome. Recent work from our group and others has shown that the intronic microRNAs hsa-miR-33a and hsa-miR-33b are located within the sterol regulatory element-binding protein-2 and -1 genes, respectively, and regulate cholesterol homeostasis in concert with their host genes. Here, we show that miR-33a and -b also regulate genes involved in fatty acid metabolism and insulin signaling. miR-33a and -b target key enzymes involved in the regulation of fatty acid oxidation, including carnitine O -octaniltransferase, carnitine palmitoyltransferase 1A, hydroxyacyl-CoA-dehydrogenase, Sirtuin 6 (SIRT6), and AMP kinase subunit-α. Moreover, miR-33a and -b also target the insulin receptor substrate 2, an essential component of the insulin-signaling pathway in the liver. Overexpression of miR-33a and -b reduces both fatty acid oxidation and insulin signaling in hepatic cell lines, whereas inhibition of endogenous miR-33a and -b increases these two metabolic pathways. Together, these data establish that miR-33a and -b regulate pathways controlling three of the risk factors of metabolic syndrome, namely levels of HDL, triglycerides, and insulin signaling, and suggest that inhibitors of miR-33a and -b may be useful in the treatment of this growing health concern.

In a genetically well-defined model system in Drosophila, Tian Xu and colleagues show that cell clones carrying distinct oncogenic mutations can cooperate to produce invasive tumours. This cooperation involves JNK and JAK/STAT signalling pathways. Similar cooperative mechanism might be at play in the communication between genetically heterogeneous human cancer cells or between tumour cells and their microenvironment. In human tumours, complex cell interactions in the tumour and its microenvironment are thought to have an important role in tumorigenesis and cancer progression. In a genetically well-defined model system in Drosophila, clones of cells bearing different mutations are now shown to cooperate to promote tumour growth and invasion. This interaction involves JNK signalling propagation and JNK-induced upregulation of JAK/STAT-activating cytokines. Human tumours have a large degree of cellular and genetic heterogeneity1. Complex cell interactions in the tumour and its microenvironment are thought to have an important role in tumorigenesis and cancer progression2. Furthermore, cooperation between oncogenic genetic lesions is required for tumour development3; however, it is not known how cell interactions contribute to oncogenic cooperation. The genetic techniques available in the fruitfly Drosophila melanogaster allow analysis of the behaviour of cells with distinct mutations4, making this the ideal model organism with which to study cell interactions and oncogenic cooperation. In Drosophila eye-antennal discs, cooperation between the oncogenic protein RasV12 (ref. 5) and loss-of-function mutations in the conserved tumour suppressor scribbled (scrib)6,7 gives rise to metastatic tumours that display many characteristics observed in human cancers8,9,10,11. Here we show that clones of cells bearing different mutations can cooperate to promote tumour growth and invasion in Drosophila. We found that the RasV12 and scrib- mutations can also cause tumours when they affect different adjacent epithelial cells. We show that this interaction between RasV12 and scrib- clones involves JNK signalling propagation and JNK-induced upregulation of JAK/STAT-activating cytokines, a compensatory growth mechanism for tissue homeostasis. The development of RasV12 tumours can also be triggered by tissue damage, a stress condition that activates JNK signalling. Given the conservation of the pathways examined here, similar cooperative mechanisms could have a role in the development of human cancers.

Basement membranes (BMs) are resilient polymer structures that surround organs in all animals. Tissues, however, undergo extensive morphological changes during development. It is not known whether the assembly of BM components plays an active morphogenetic role. To study in vivo the biogenesis and assembly of Collagen IV, the main constituent of BMs, we used a GFP-based RNAi method (iGFPi) designed to knock down any GFP-trapped protein in Drosophila. We found with this method that Collagen IV is synthesized by the fat body, secreted to the hemolymph (insect blood), and continuously incorporated into the BMs of the larva. We also show that incorporation of Collagen IV determines organ shape, first by mechanically constricting cells and second through recruitment of Perlecan, which counters constriction by Collagen IV. Our results uncover incorporation of Collagen IV and Perlecan into BMs as a major determinant of organ shape and animal form.

Studies in mice and humans have demonstrated a role for the immune system in preventing the growth of tumors. Deciphering the mechanisms involved in the immune response to tumors is essential to our understanding of immune recognition and cancer progression. Here we report an innate immune response to tumors in Drosophila melanogaster. We found that circulating blood cells, termed hemocytes, adhere to tumors upon detection of basement membrane disruption, and subsequently counter their growth. Basement membrane components are remarkably conserved throughout the animal kingdom, providing a unique structure for the immune system to sense tissue integrity. Further, we show that tissue damage activates JNK signaling in both tumors and aseptic wounds, causing expression of JAK/STAT-activating cytokines. Cytokine secretion from the injured tissue is amplified into a systemic response through the induction of additional cytokine expression in the hemocytes and the fat body, resulting in hemocyte proliferation. Our findings reveal common mechanisms in the response to tumors and wounds in flies. A similar innate reaction may underlie the response to tumors and tissue damage in vertebrates and humans.

Cryo-focused ion beam (cryo-FIB) milling allows thinning vitrified cells for high resolution imaging by cryo-electron tomography (cryo-ET). However, it remains challenging to apply this workflow to voluminous biological specimens such as tissues or particularly large mammalian cells, which usually require high-pressure freezing for vitrification. Here we show that adult mouse cardiomyocytes and dissected Drosophila tissues can be directly vitrified by plunge freezing upon a short incubation in 10% glycerol. This expedites subsequent cryo-FIB/ET, enabling systematic analyses of the molecular architecture of complex native specimens. Our data provides unanticipated insights into the molecular architecture of samples hitherto unexplored by cryo-ET.

Abstract Secretory cargos are collected at ER exit sites (ERES) before transport to the Golgi apparatus. Decades of research have provided many details of the molecular events underlying ER-Golgi exchanges. Essential questions, however, remain about the organization of the ER-Golgi interface in cells and the type of membrane structures mediating traffic from ERES. To investigate these, we used transgenic tagging in Drosophila flies, 3D-SIM and FIB-SEM to characterize ERES-Golgi units in collagen-producing fat body, imaginal discs and imaginal discs overexpressing ERES determinant Tango1. We found in front of ERES a pre-cis-Golgi region involved in both anterograde and retrograde transport. This pre-cis-Golgi is continuous with the rest of the Golgi, not a separate intermediate compartment or collection of large carriers, for which we found no evidence. We found, however, many vesicles, as well as pearled tubules connecting ERES and Golgi.

ABSTRACT Knowledge of adipogenetic mechanisms is essential to understand and treat conditions affecting organismal metabolism and adipose tissue health. In Drosophila , mature adipose tissue (fat body) exists in larvae and adults. In contrast to the well-known development of the larval fat body from the embryonic mesoderm, adult adipogenesis has remained mysterious. Furthermore, conclusive proof of its physiological significance is lacking. Here, we show that the adult fat body originates from a pool of undifferentiated mesodermal precursors that migrate from the thorax into the abdomen during metamorphosis. Through in vivo imaging, we found that these precursors spread from the ventral midline and cover the inner surface of the abdomen in a process strikingly reminiscent of embryonic mesoderm migration, requiring FGF signaling as well. FGF signaling guides migration dorsally and regulates adhesion to the substrate. After spreading is complete, precursor differentiation involves fat accumulation and cell fusion that produces mature binucleate and tetranucleate adipocytes. Finally, we show that flies where adult adipogenesis is impaired by knock down of FGF receptor Heartless or transcription factor Serpent display ectopic fat accumulation in oenocytes and decreased resistance to starvation. Our results reveal that adult adipogenesis occurs de novo during metamorphosis and demonstrate its crucial physiological role.

Abstract Development involves tightly paced, reproducible sequences of events, yet it must adjust to conditions external to it, such as resource availability and organismal damage. A major mediator of damage-induced immune responses in vertebrates and insects is JAK/STAT signaling. At the same time, JAK/STAT activation by the Drosophila Upd cytokines is pleiotropically involved in normal development of multiple organs. Whether inflammatory and developmental roles of JAK/STAT intersect is unknown. Here, we show that JAK/STAT is active during development of the prothoracic gland (PG), the organ that controls metamorphosis onset through ecdysone production. Reducing JAK/STAT signaling decreased PG size and slightly advanced metamorphosis. Conversely, JAK/STAT hyperactivation, achieved through overexpression of pathway components or SUMOylation loss, caused PG hypertrophy and metamorphosis delay. Interestingly, tissue damage and tumors, known to secrete Upd cytokines, also activated JAK/STAT in the PG and delayed metamorphosis. Finally, we show that expression of transcription factor Apontic, a JAK/STAT target in the PG, recapitulates PG hypertrophy and metamorphosis delay. JAK/STAT damage signaling, therefore, regulates metamorphosis onset at least in part by coopting its developmental role in the PG. Summary statement Damage signaling from tumors mediated by JAK/STAT-activating Upd cytokines delays the Drosophila larva-pupa transition through cooption of a JAK/STAT developmental role in the prothoracic gland.

Despite their essential function in terminating translation, readthrough of stop codons occurs more frequently than previously supposed. However, little is known about the regulation of stop codon readthrough by anatomical site and over the life cycle of animals. Here, we developed a set of reporters to measure readthrough in Drosophila melanogaster. A focused RNAi screen in whole animals identified upf1 as a mediator of readthrough, suggesting that the stop codons in the reporters were recognized as premature termination codons (PTCs). We found readthrough rates of PTCs varied significantly throughout the life cycle of flies, being highest in older adult flies. Furthermore, readthrough rates varied dramatically by tissue and, intriguingly, were highest in fly brains, specifically neurons and not glia. This was not due to differences in reporter abundance or nonsense-mediated mRNA decay (NMD) surveillance between these tissues. Overall, our data reveal temporal and spatial variation of PTC-mediated readthrough in animals, and suggest that readthrough may be a potential rescue mechanism for PTC-harboring transcripts when the NMD surveillance pathway is inhibited.