ABSTRACT P. falciparum parasites manipulate host metabolic processes during malaria to ensure their survival and progression, causing the host and parasite metabolic pathways to become intertwined. We analyzed metabolites to evaluate their potential as biomarkers for cerebral malaria (CM). Our analysis of CM (with coma) and CM-like (without coma) patients identified 835 metabolites, including lipids, amino acids, xenobiotics, peptides, nucleotides, carbohydrates, cofactors, and vitamins. Principal component analysis revealed clear segregation between CM-like and CM patients. Metabolite-by-metabolite analysis identified 103 differentially abundant metabolites, 26 of which were significantly lower in CM-like patients (primarily lipids), while 71% of those higher in CM patients were amino acids and xenobiotics. The results revealed significant differences in circulating levels of long chain free fatty acids and catecholamine metabolism and identified steroid biosynthesis as the most enriched lipid metabolism pathway, with eight endogenous steroids showing significantly higher levels in CM patients compared to CM-like patients (FC > 2, B-H FDR-adjusted P < 0.05). These steroids include pregnenolone sulfate, pregnenediol sulfate, pregnenetriol sulfate, androsterone monosulfate, 16α-OH-DHEA-S, DHEA-S, cortisol, and cortisone. High levels of pregnenolone and its downstream metabolic derivatives were significantly associated with coma in CM patients. Our findings suggest that monitoring circulating neurosteroid levels in patients could aid in the early identification of those at risk of coma, and may important implications for the clinical management of CM patients.

Abstract Three-dimensional organization of the eukaryotic genome is directly affected by the nuclear β-actin pool that regulates enhancer function by affecting H3K27 acetylation levels. This actin-based mechanism, in turn, influences enhancer-dependent transcriptional regulation and plays a crucial role in driving gene expression changes observed upon compartment-switching. Using a combination of bulk RNA-seq and qPCR analyses performed on total RNA from WT mouse embryonic fibroblasts (MEFs), β-actin heterozygous (HET) MEFs, and β-actin KO MEFs, in this study we demonstrate that expression of several lncRNAs is directly affected by β-actin depletion. Among these lncRNAs, Meg3 expression increases in a β-actin dosage-dependent manner. Using ChIRP-seq, ChIRP-MS and f-RIP-qPCR, we show that β-actin depletion leads to alterations in Meg3 genomic association. It also leads to Meg3 enrichment at or close to gene regulatory sites including enhancers and promoters concomitantly with increased H3K27 acetylation levels. At these sites, specific Meg3 association with H3K27 acetylation leads to loss of promoter-enhancer interactions as revealed by the Activity by Contact (ABC) model that builds on RNA-seq, H3K27acetylation ChIP-seq, ATAC-seq and HiC-seq obtained in WT and β-actin KO MEFs. Results from metabolomics experiments in WT, HET and β-actin KO MEFs show these mechanisms contribute to the repression of genes involved in metabolic biosynthetic pathways for chondroitin, heparan, dermatan sulfate, and phospholipases, hence impacting their synthesis. We propose that at sites of actin-dependent increase in H3K27acetylation levels Meg3 interferes with promoter-enhancer interactions, potentially impairing local genome organization (or DNA looping) and negatively regulating gene expression.

Summary Metabolic reprogramming is one of the hallmarks of tumorigenesis. Using a combination of multi-omics, here we show that nuclear myosin 1 (NM1) serves as a key regulator of cellular metabolism. As part of the nutrient-sensing PI3K/Akt/mTOR pathway, NM1 forms a positive feedback loop with mTOR and directly affects mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) via transcriptional regulation of mitochondrial transcription factors TFAM and PGC1α. NM1 depletion leads to suppression of PI3K/Akt/mTOR pathway, underdevelopment of mitochondria inner cristae, and redistribution of mitochondria within the cell, which is associated with reduced expression of OXPHOS genes, decreased mitochondrial DNA copy number and deregulated mitochondrial dynamics. This leads to metabolic reprogramming of NM1 KO cells from OXPHOS to aerobic glycolysis and with a metabolomic profile typical for cancer cells, namely, increased amino acid-, fatty acid-, and sugar metabolism, and increased glucose uptake, lactate production, and intracellular acidity. We show that NM1 KO cells form solid tumors in a nude mouse model even though they have suppressed the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway suggesting that the metabolic switch towards aerobic glycolysis provides a sufficient signal for carcinogenesis. We suggest that NM1 plays a key role as a tumor suppressor and that NM1 depletion may contribute to the Warburg effect at the early onset of tumorigenesis.