Abstract Diabetes is a global health problem caused primarily by the inability of pancreatic β-cells to secrete adequate levels of insulin. The molecular mechanisms underlying the progressive failure of β-cells to respond to glucose in type-2 diabetes remain unresolved. Using a combination of transcriptomics and proteomics, we find significant dysregulation of major metabolic pathways in islets of diabetic βV59M mice, a non-obese, eulipidaemic diabetes model. Multiple genes/proteins involved in glycolysis/gluconeogenesis are upregulated, whereas those involved in oxidative phosphorylation are downregulated. In isolated islets, glucose-induced increases in NADH and ATP are impaired and both oxidative and glycolytic glucose metabolism are reduced. INS-1 β-cells cultured chronically at high glucose show similar changes in protein expression and reduced glucose-stimulated oxygen consumption: targeted metabolomics reveals impaired metabolism. These data indicate hyperglycaemia induces metabolic changes in β-cells that markedly reduce mitochondrial metabolism and ATP synthesis. We propose this underlies the progressive failure of β-cells in diabetes.

Increasing rates of autoimmune and inflammatory disease present a burgeoning threat to human health

Abstract MicrobeMASST, a taxonomically-informed mass spectrometry (MS) search tool, tackles limited microbial metabolite annotation in untargeted metabolomics experiments. Leveraging a curated database of >60,000 microbial monocultures, users can search known and unknown MS/MS spectra and link them to their respective microbial producers via MS/MS fragmentation patterns. Identification of microbial-derived metabolites and relative producers, without a priori knowledge, will vastly enhance the understanding of microorganisms’ role in ecology and human health.

Adaptation to chronic hypoxia occurs through changes in protein expression, which are controlled by hypoxia inducible factor 1a (HIF1α) and are necessary for cancer cell survival. However, the mechanisms that enable cancer cells to adapt in early hypoxia, prior to full activation of HIF1α, remain poorly understood. Here we show that aspartate transaminase 1 (GOT1), which supports NAD+ production by malate dehydrogenase 1 (MDH1), is required, in addition to reserve lactate dehydrogenase (LDH) capacity, for the HIF1α-independent increase in glycolysis we observe early upon exposure of cells to hypoxia. Additionally, GOT1 maintains low α-ketoglutarate levels, thereby limiting prolyl hydroxylase activity to promote HIF1α stabilisation in early hypoxia and robust HIF1α target gene expression in later hypoxia. Our findings reveal that, in normoxia, GOT1 maintains cells in a primed state and ready to support increased glycolysis and HIF1α stabilisation upon oxygen limitation, until other adaptive processes that require more time, are fully established.

Summary Transient lysosomal damage after infection with cytosolic pathogens or silica crystals uptake results in protease leakage. Whether limited leakage of lysosomal contents into the cytosol affects the function of cytoplasmic organelles is unknown. Here, we show that sterile and non-sterile lysosomal damage triggers a cell death independent proteolytic remodelling of the mitochondrial proteome in macrophages. Mitochondrial metabolic reprogramming required lysosomal leakage of Cathepsin B and Cathepsin L and was independent of proteasome degradation and mitophagy. In a mouse model of endomembrane damage, metabolic analysis confirmed that in vivo, live lung macrophages that internalised crystals displayed impaired mitochondrial function and increased glycolytic and lipid metabolism. Single-cell RNA-sequencing analysis of bronchoalveolar lavage revealed that lysosomal damage skewed metabolic and immune responses primarily in CD36 + /LIPA + and Krt79 + /Car4 + subsets of alveolar macrophages. Importantly, modulation of macrophage metabolism with 2-Deoxy- d- glucose and oxamate impacted the host response to Mycobacterium tuberculosis (Mtb) infection in an endomembrane damage dependent manner. This work uncovers a new inter-organelle communication pathway, providing a general mechanism by which macrophages undergo mitochondrial metabolic reprograming after endomembrane damage.

Abstract Tsetse transmit African trypanosomiasis, which is a disease fatal to both humans and animals. A vaccine to protect against this disease does not exist so transmission control relies on eliminating tsetse populations. Although neurotoxic insecticides are the gold standard for insect control, they negatively impact the environment and reduce insect pollinator species. Here we present a promising, environment-friendly alternative that targets insect tyrosine metabolism pathway. A bloodmeal contains high levels of tyrosine, which is toxic to haematophagous insects if it is not degraded. RNAi silencing of either the first two enzymes in the tyrosine degradation pathway (TAT and HPPD) was lethal to tsetse. Furthermore, nitisinone (NTBC), an FDA-approved tyrosine catabolism inhibitor, killed tsetse regardless if the drug was orally or topically applied. However, it did not affect bumblebee survival. A mathematical model shows that NTBC could reduce the transmission of African trypanosomiasis in sub-Saharan Africa, thus accelerating current elimination programmes.

ABSTRACT α-ketoglutarate (αKG) is a central metabolic node with a broad influence on cellular physiology. The αKG analogue N -oxalylglycine (NOG) and its membrane-permeable pro-drug derivative dimethyl-oxalylglycine (DMOG) have been extensively used as tools to study prolyl hydroxylases (PHDs) and other αKG-dependent processes. In cell culture media, DMOG is rapidly converted to MOG, which enters cells through monocarboxylate transporter MCT2, leading to intracellular NOG concentrations that are sufficiently high to inhibit glutaminolysis enzymes and cause cytotoxicity. Therefore, the degree of (D)MOG instability together with MCT2 expression levels determine the intracellular targets NOG engages with and, ultimately, its effects on cell viability. Here we designed and characterised a series of MOG analogues with the aims of improving stability and exploring the functional requirements for interaction with MCT2, a relatively understudied member of the SLC16 family. We report MOG analogues that maintain ability to enter cells via MCT2, and identify compounds that do not inhibit glutaminolysis or cause cytotoxicity but can still inhibit PHDs. We use these analogues to show that glutaminolysis-induced activation of mTORC1 can be uncoupled from PHD activity. Therefore, these new compounds can help deconvolute cellular effects that result from the polypharmacological action of NOG.

Abstract Tandem mass spectrometry (MS/MS) is an accurate tool to assess modified ribonucleosides and their dynamics in mammalian cells. Yet, MS/MS quantification of lowly abundant modifications in non-ribosomal RNAs is unreliable, and the dynamic features of various modifications poorly understood. We developed a 13 C labeling approach, 13 C-dynamods, to quantify the turnover of base modifications in newly transcribed RNA. This turnover-based approach helped to resolve mRNA from ncRNA modifications in purified RNA or free ribonucleosides, and showed the distinct kinetics of N 6-methyladenosine (m 6 2 A) versus 7-methylguanosine (m 7 G) in polyA+-purified RNA. We uncovered that N 6, N 6-dimethyladenosine (m 6 2 A) exhibits a distinct turnover in small RNAs and free ribonucleosides when compared to the known m 6 A-modified large rRNAs. Finally, combined measurements of turnover and abundance informed on the transcriptional versus posttranscriptional sensitivity of modified ncRNAs and mRNAs, respectively, to stress conditions. Thus, 13 C-dynamods enables studies of origin of modified RNAs at steady-state and their dynamics under non-stationary conditions.

Summary Glioblastoma is thought to originate from neural stem cells (NSCs) of the subventricular zone that acquire genetic alterations. In the adult brain, NSCs are largely quiescent, suggesting that deregulation of quiescence maintenance may be a pre-requisite for tumour initiation. Although inactivation of the tumour suppressor p53 is a frequent event in gliomagenesis, whether, or how, it affects quiescent NSCs (qNSCs) remains unclear. Here we show that p53 maintains quiescence by inducing fatty acid oxidation (FAO) and that acute p53 deletion in qNSCs results in their premature activation to a proliferative state. Mechanistically, this occurs through direct transcriptional induction of PPARGC1a, which in turn activates PPARα to upregulate FAO genes. Strikingly, dietary supplementation with fish oil containing omega-3 fatty acids, natural PPARα ligands, fully restores quiescence of p53-deficient NSCs and delays tumour initiation in a glioblastoma mouse model. Thus, diet can silence glioblastoma driver mutations, with important implications for cancer prevention.