In breast cancer, a key feature of peritumoral adipocytes is their loss of lipid content observed both in vitro and in human tumors. The free fatty acids (FFAs), released by adipocytes after lipolysis induced by tumor secretions, are transferred and stored in tumor cells as triglycerides in lipid droplets. In tumor cell lines, we demonstrate that FFAs can be released over time from lipid droplets through an adipose triglyceride lipase–dependent (ATGL-dependent) lipolytic pathway. In vivo, ATGL is expressed in human tumors where its expression correlates with tumor aggressiveness and is upregulated by contact with adipocytes. The released FFAs are then used for fatty acid β-oxidation (FAO), an active process in cancer but not normal breast epithelial cells, and regulated by coculture with adipocytes. However, in cocultivated cells, FAO is uncoupled from ATP production, leading to AMPK/acetyl-CoA carboxylase activation, a circle that maintains this state of metabolic remodeling. The increased invasive capacities of tumor cells induced by coculture are completely abrogated by inhibition of the coupled ATGL-dependent lipolysis/FAO pathways. These results show a complex metabolic symbiosis between tumor-surrounding adipocytes and cancer cells that stimulate their invasiveness, highlighting ATGL as a potential therapeutic target to impede breast cancer progression.

Abstract Malignant progression results from a dynamic cross-talk between stromal and cancer cells. Recent evidence suggests that this cross-talk is mediated to a significant extent by exosomes, nanovesicles secreted by most cell types and which allow the transfer of proteins, lipids, and nucleic acids between cells. Adipocytes are a major component of several tumor microenvironments, including that of invasive melanoma, where cells have migrated to the adipocyte-rich hypodermic layer of the skin. We show that adipocytes secrete exosomes in abundance, which are then taken up by tumor cells, leading to increased migration and invasion. Using mass spectrometry, we analyzed the proteome of adipocyte exosomes. Interestingly, these vesicles carry proteins implicated in fatty acid oxidation (FAO), a feature highly specific to adipocyte exosomes. We further show that, in the presence of adipocyte exosomes, FAO is increased in melanoma cells. Inhibition of this metabolic pathway completely abrogates the exosome-mediated increase in migration. Moreover, in obese mice and humans, both the number of exosomes secreted by adipocytes as well as their effect on FAO-dependent cell migration are amplified. These observations might in part explain why obese melanoma patients have a poorer prognosis than their nonobese counterparts. Cancer Res; 76(14); 4051–7. ©2016 AACR.

Extracellular vesicles are emerging key actors in adipocyte communication. Notably, small extracellular vesicles shed by adipocytes promote melanoma aggressiveness through fatty acid oxidation, with a heightened effect in obesity. However, the vesicular actors and cellular processes involved remain largely unknown. Here, we elucidate the mechanisms linking adipocyte extracellular vesicles to metabolic remodeling and cell migration. We show that adipocyte vesicles stimulate melanoma fatty acid oxidation by providing both enzymes and substrates. In obesity, the heightened effect of extracellular vesicles depends on increased transport of fatty acids, not fatty acid oxidation-related enzymes. These fatty acids, stored within lipid droplets in cancer cells, drive fatty acid oxidation after release through lipophagy. This increase in mitochondrial activity redistributes mitochondria to membrane protrusions of migrating cells, which is necessary to increase cell migration in the presence of adipocyte vesicles. Our results provide key insights into the role of extracellular vesicles in the metabolic cooperation that takes place between adipocytes and tumors with particular relevance in obesity.

Abstract Repair of DNA Double-Strand Breaks (DSBs) produced in transcriptionally active chromatin occurs through a poorly characterized pathway called Transcription-Coupled DSB repair (TC-DSBR). Here, using a screening approach scoring multiple outputs in human cells, we identified the PER complex, a key module ensuring circadian oscillations, as a novel TC-DSBR player. Circadian rhythm has been involved in repair of UV-induced DNA damage but very little is known about its contribution to DSB repair pathways. We show that the PER complex is recruited at DSBs occurring in transcribed loci and we further found that the core protein PER2 contributes to targeting TC-DSBs at the nuclear envelope (NE) and to foster RAD51-mediated repair. PER2 deficiency triggers decreased DSB anchoring to the NE, resulting in an increase of DSB clustering and translocation frequency. In agreement, we found that the circadian clock also regulates DSB anchoring to the NE and RAD51 assembly. In conclusion, our study provides a direct link between the circadian rhythm and the response to DSBs occurring in active genes, opening new therapeutic strategies for chemotherapies based on topoisomerase poisons that mostly induce DSBs in active loci.

ABSTRACT Acute myeloid leukemia (AML) remains incurable, largely due to its resistance to conventional treatments. Here, we found that increased expression and abundance of the ubiquitin ligase RNF5 contributes to AML development and survival. High RNF5 expression in AML patients correlated with poor prognosis. RNF5 inhibition decreased AML cell growth in culture and in vivo , and blocked development of MLL-AF9–driven leukemogenesis in mice, prolonging their survival. RNF5 inhibition led to transcriptional changes that overlapped with those seen upon HDAC1 inhibition. RNF5 induced the formation of K29 ubiquitin chains on the histone-binding protein RBBP4, promoting its recruitment and subsequent epigenetic regulation of genes involved in AML development and maintenance. Correspondingly, RNF5 or RBBP4 knockdown enhanced the sensitivity of AML cells to histone deacetylase (HDAC) inhibitors. Notably, low expression of RNF5 and HDAC coincided with a favorable prognosis. Our studies identified ERAD-independent role for RNF5, demonstrating that its control of RBBP4 constitutes an epigenetic pathway that drives AML while highlighting RNF5/RBBP4 as markers to stratify patients for treatment with HDAC inhibitors.

The identification of small proteins and proteins produced from unannotated open reading frames (called alternative proteins or AltProts) has changed our vision of the proteome and has attracted more and more attention from the scientific community. Despite several studies investigating particular AltProts in diseases and demonstrating their importance in such context, we are still missing data on their expression and functions in many pathologies. Among these, pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is a particularly relevant case to study alternative proteins. Indeed, late detection of this disease, notably due to the lack of reliable biomarkers of early-stage PDAC, and the fact that tumors rapidly develop resistance to most of the treatments used in the clinics warrant the exploration of new repertoires of molecules. In the present article, we aim to investigate the alternative proteome of pancreatic cancer cell lines as a first attempt to decipher the expression of AltProts in PDAC. Thanks to a combined data-dependent and data-independent acquisition mass spectrometry workflow, we were able to identify tryptic peptides matching 113 AltProts in a panel of 6 cell lines. In addition, we identified AltProts differentially expressed between pancreatic cancer cell lines and other cells (HeLa and HEK293T). Finally, mining the TCGA and Gtex databases showed that the corresponding transcripts encoding several AltProts we identified are differentially expressed between PDAC tumors and normal tissues and are correlated with the patient’s survival.