In 2008 we published the first set of guidelines for standardizing research in autophagy. Since then, research on this topic has continued to accelerate, and many new scientists have entered the field. Our knowledge base and relevant new technologies have also been expanding. Accordingly, it is important to update these guidelines for monitoring autophagy in different organisms. Various reviews have described the range of assays that have been used for this purpose. Nevertheless, there continues to be confusion regarding acceptable methods to measure autophagy, especially in multicellular eukaryotes. For example, a key point that needs to be emphasized is that there is a difference between measurements that monitor the numbers or volume of autophagic elements (e.g., autophagosomes or autolysosomes) at any stage of the autophagic process versus those that measure flux through the autophagy pathway (i.e., the complete process including the amount and rate of cargo sequestered and degraded). In particular, a block in macroautophagy that results in autophagosome accumulation must be differentiated from stimuli that increase autophagic activity, defined as increased autophagy induction coupled with increased delivery to, and degradation within, lysosomes (in most higher eukaryotes and some protists such as Dictyostelium) or the vacuole (in plants and fungi). In other words, it is especially important that investigators new to the field understand that the appearance of more autophagosomes does not necessarily equate with more autophagy. In fact, in many cases, autophagosomes accumulate because of a block in trafficking to lysosomes without a concomitant change in autophagosome biogenesis, whereas an increase in autolysosomes may reflect a reduction in degradative activity. It is worth emphasizing here that lysosomal digestion is a stage of autophagy and evaluating its competence is a crucial part of the evaluation of autophagic flux, or complete autophagy. Here, we present a set of guidelines for the selection and interpretation of methods for use by investigators who aim to examine macroautophagy and related processes, as well as for reviewers who need to provide realistic and reasonable critiques of papers that are focused on these processes. These guidelines are not meant to be a formulaic set of rules, because the appropriate assays depend in part on the question being asked and the system being used. In addition, we emphasize that no individual assay is guaranteed to be the most appropriate one in every situation, and we strongly recommend the use of multiple assays to monitor autophagy. Along these lines, because of the potential for pleiotropic effects due to blocking autophagy through genetic manipulation, it is imperative to target by gene knockout or RNA interference more than one autophagy-related protein. In addition, some individual Atg proteins, or groups of proteins, are involved in other cellular pathways implying that not all Atg proteins can be used as a specific marker for an autophagic process. In these guidelines, we consider these various methods of assessing autophagy and what information can, or cannot, be obtained from them. Finally, by discussing the merits and limits of particular assays, we hope to encourage technical innovation in the field.

Recently, more than 1000 large intergenic noncoding RNAs (lincRNAs) have been reported. These RNAs are evolutionarily conserved in mammalian genomes and thus presumably function in diverse biological processes. Here, we report the identification of lincRNAs that are regulated by p53. One of these lincRNAs (lincRNA-p21) serves as a repressor in p53-dependent transcriptional responses. Inhibition of lincRNA-p21 affects the expression of hundreds of gene targets enriched for genes normally repressed by p53. The observed transcriptional repression by lincRNA-p21 is mediated through the physical association with hnRNP-K. This interaction is required for proper genomic localization of hnRNP-K at repressed genes and regulation of p53 mediates apoptosis. We propose a model whereby transcription factors activate lincRNAs that serve as key repressors by physically associating with repressive complexes and modulate their localization to sets of previously active genes.PaperFlickeyJraWQiOiI4ZjUxYWNhY2IzYjhiNjNlNzFlYmIzYWFmYTU5NmZmYyIsImFsZyI6IlJTMjU2In0.eyJzdWIiOiIyYTZlYTRjYzlkNDM0NzE3NGUwNmJjYzViODA3MTRkNyIsImtpZCI6IjhmNTFhY2FjYjNiOGI2M2U3MWViYjNhYWZhNTk2ZmZjIiwiZXhwIjoxNjM0NzY2Nzk4fQ.IAAONGR20tXKAaz2IaYRYL1JBBz1lnoHXWWOlCCgHNXKeo5x7ielNbaBNqYMxeKblD-tvrsS3zfHkC1ZbQwLMAlNzfGHDeT8dr-HcKGwYPLq6Of9JAmFrhwf2VZhfwM0clOXPDwRS94YYJOOHFDcPRhTRSEGQnjXdGxmF-U9bqWyZZIqbC_hCNgr2vGAoqH8JjIFGJww21VNmYr316sREjH2zkrzH1vVC0cTIJwnPGkn-5zQvtyj6WRk_MtpX2RwA4fqMYnhzdsfByEu5nqxWdfQlMFYfUl6lCNFgoZYL0LyGaaTyY7e5xpfSUmW5fAI_k4-bGwJyY9A21OEEpE0vQ(mp4, (20.95 MB) Download video

The retinoblastoma protein, pRB, and the closely related proteins p107 and p130 are important regulators of the mammalian cell cycle. Biochemical and genetic studies have demonstrated overlapping as well as distinct functions for the three proteins in cell cycle control and mouse development. However, the role of the pRB family as a whole in the regulation of cell proliferation, cell death, or cell differentiation is not known. We generated embryonic stem (ES) cells and other cell types mutant for all three genes. Triple knock-out mouse embryonic fibroblasts (TKO MEFs) had a shorter cell cycle than wild-type, single, or double knock-out control cells. TKO cells were resistant to G 1 arrest following DNA damage, despite retaining functional p53 activity. They were also insensitive to G 1 arrest signals following contact inhibition or serum starvation. Finally, TKO MEFs did not undergo senescence in culture and do possess some characteristics of transformed cells. Our results confirm the essential role of the Rb family in the control of the G 1 /S transition, place the three Rb family members downstream of multiple cell cycle control pathways, and further the link between loss of cell cycle control and tumorigenesis.

The molecular basis for p53-mediated tumor suppression remains unclear. Here, to elucidate mechanisms of p53 tumor suppression, we use knockin mice expressing an allelic series of p53 transcriptional activation mutants. Microarray analysis reveals that one mutant, p5325,26, is severely compromised for transactivation of most p53 target genes, and, moreover, p5325,26 cannot induce G1-arrest or apoptosis in response to acute DNA damage. Surprisingly, p5325,26 retains robust activity in senescence and tumor suppression, indicating that efficient transactivation of the majority of known p53 targets is dispensable for these pathways. In contrast, the transactivation-dead p5325,26,53,54 mutant cannot induce senescence or inhibit tumorigenesis, like p53 nullizygosity. Thus, p53 transactivation is essential for tumor suppression but, intriguingly, in association with a small set of novel p53 target genes. Together, our studies distinguish the p53 transcriptional programs involved in acute DNA-damage responses and tumor suppression—a critical goal for designing therapeutics that block p53-dependent side effects of chemotherapy without compromising p53 tumor suppression.

How cancer cells respond to nutrient deprivation remains poorly understood. In certain cancer cells, deprivation of cystine induces a non-apoptotic, iron-dependent form of cell death termed ferroptosis. Recent evidence suggests that ferroptosis sensitivity may be modulated by the stress-responsive transcription factor and canonical tumor suppressor protein p53. Using CRISPR/Cas9 genome editing, small-molecule probes, and high-resolution, time-lapse imaging, we find that stabilization of wild-type p53 delays the onset of ferroptosis in response to cystine deprivation. This delay requires the p53 transcriptional target CDKN1A (encoding p21) and is associated with both slower depletion of intracellular glutathione and a reduced accumulation of toxic lipid-reactive oxygen species (ROS). Thus, the p53-p21 axis may help cancer cells cope with metabolic stress induced by cystine deprivation by delaying the onset of non-apoptotic cell death.

The p53 tumor suppressor activates either cell cycle arrest or apoptosis in response to cellular stress. Mouse embryo fibroblasts (MEFs) provide a powerful primary cell system to study both p53-dependent pathways. Specifically, in response to DNA damage, MEFs undergo p53-dependent G(1) arrest, whereas MEFs expressing the adenovirus E1A oncoprotein undergo p53-dependent apoptosis. As the p53-dependent apoptosis pathway is not well understood, we sought to identify apoptosis-specific p53 target genes using a subtractive cloning strategy. Here, we describe the characterization of a gene identified in this screen, PERP, which is expressed in a p53-dependent manner and at high levels in apoptotic cells compared with G(1)-arrested cells. PERP induction is linked to p53-dependent apoptosis, including in response to E2F-1-driven hyperproliferation. Furthermore, analysis of the PERP promoter suggests that PERP is directly activated by p53. PERP shows sequence similarity to the PMP-22/gas3 tetraspan membrane protein implicated in hereditary human neuropathies such as Charcot-Marie-Tooth. Like PMP-22/gas3, PERP is a plasma membrane protein, and importantly, its expression causes cell death in fibroblasts. Taken together, these data suggest that PERP is a novel effector of p53-dependent apoptosis.

The mechanisms by which the p53 tumor suppressor acts remain incompletely understood. To gain new insights into p53 biology, we used high-throughput sequencing to analyze global p53 transcriptional networks in primary mouse embryo fibroblasts in response to DNA damage. Chromatin immunoprecipitation sequencing reveals 4785 p53-bound sites in the genome located near 3193 genes involved in diverse biological processes. RNA sequencing analysis shows that only a subset of p53-bound genes is transcriptionally regulated, yielding a list of 432 p53-bound and regulated genes. Interestingly, we identify a host of autophagy genes as direct p53 target genes. While the autophagy program is regulated predominantly by p53, the p53 family members p63 and p73 contribute to activation of this autophagy gene network. Induction of autophagy genes in response to p53 activation is associated with enhanced autophagy in diverse settings and depends on p53 transcriptional activity. While p53-induced autophagy does not affect cell cycle arrest in response to DNA damage, it is important for both robust p53-dependent apoptosis triggered by DNA damage and transformation suppression by p53. Together, our data highlight an intimate connection between p53 and autophagy through a vast transcriptional network and indicate that autophagy contributes to p53-dependent apoptosis and cancer suppression.

Modeling and documenting malignant progression in vitro without the need for in vivo transplantation represents a clear step forward for cancer investigation. Using an air-liquid interface methodology, Xingnan Li and colleagues show they can robustly model a range of gastrointestinal malignancies from pancreas, stomach and colon in primary epithelial/mesenchymal organoid culture. This setup is able to generate detailed histologic endpoints for oncogenic transformation in vitro and demonstrate in vivo tumorigenicity when the organoids are transplanted. The application of primary organoid cultures containing epithelial and mesenchymal elements to cancer modeling holds promise for combining the accurate multilineage differentiation and physiology of in vivo systems with the facile in vitro manipulation of transformed cell lines. Here we used a single air-liquid interface culture method without modification to engineer oncogenic mutations into primary epithelial and mesenchymal organoids from mouse colon, stomach and pancreas. Pancreatic and gastric organoids exhibited dysplasia as a result of expression of Kras carrying the G12D mutation (KrasG12D), p53 loss or both and readily generated adenocarcinoma after in vivo transplantation. In contrast, primary colon organoids required combinatorial Apc, p53, KrasG12D and Smad4 mutations for progressive transformation to invasive adenocarcinoma-like histology in vitro and tumorigenicity in vivo, recapitulating multi-hit models of colorectal cancer (CRC), as compared to the more promiscuous transformation of small intestinal organoids. Colon organoid culture functionally validated the microRNA miR-483 as a dominant driver oncogene at the IGF2 (insulin-like growth factor-2) 11p15.5 CRC amplicon, inducing dysplasia in vitro and tumorigenicity in vivo. These studies demonstrate the general utility of a highly tractable primary organoid system for cancer modeling and driver oncogene validation in diverse gastrointestinal tissues.