Abstract The gut microbiome can impact brain health and is altered in Parkinson’s disease (PD) patients. Here, we investigate changes in the functional microbiome in the appendix of PD patients relative to controls by metatranscriptomic analysis. We find microbial dysbiosis affecting lipid metabolism, particularly an upregulation of bacteria responsible for secondary bile acid synthesis. Proteomic and transcript analysis corroborates a disruption in cholesterol homeostasis and lipid catabolism. Bile acid analysis reveals an increase in microbially-derived, toxic secondary bile acids. Synucleinopathy in mice induces similar microbiome alterations to those of PD patients. The mouse model of synucleinopathy has elevated DCA and LCA. An analysis of blood markers shows evidence of biliary abnormalities early in PD, including elevated alkaline phosphatase and bilirubin. Increased bilirubin levels are also evident before PD diagnosis. In sum, microbially-derived toxic bile acids are heightened in PD and biliary changes may even precede the onset of overt motor symptoms.

Abstract It is currently accepted that Wnt receptors, Frizzleds (Fzd), have high functional redundancy, making individual receptors challenging to target therapeutically. Specifically, Fzd2 is believed to be functionally redundant with Fzd1 and Fzd7, findings which were based largely on previously published global knockout mouse studies. Conversely, a Fzd2 global knockout mouse model developed by the International Mouse Phenotype Consortium (IMPC) is early embryonic lethal, suggesting Fzd2 is critical for early embryonic development. If global deletion of Fzd2 leads to early lethality, floxed models are necessary to identify tissue-specific phenotypes. We found that a previously published Fzd2 flox model does not fully delete Fzd2 function. To reconcile the contradictory findings in Fzd2 mouse models and allow for tissue-specific studies of Fzd2, we have generated a new flox model using a modified two-cell homologous recombination CRISPR approach. We demonstrated successful simultaneous insertion of two loxP sites fully surrounding the Fzd2 gene and confirmed cre-mediated recombination deletes the sequence between the loxP sites leading to a Fzd2 null allele. Preliminary studies suggest global knockouts are early embryonic lethal and full characterization of the tissue-specific effects of Fzd2 deletion is currently underway. This work suggests Fzd2 uniquely regulates development and emphasizes the importance of thorough validation of newly generated mouse models.

Summary Preconception parental environment can reproducibly program offspring phenotype without altering the DNA sequence, yet the mechanisms underpinning this ‘epigenetic inheritance’ remains elusive. Here, we demonstrate the existence of an intact piRNA-pathway in mature Drosophila sperm and show that pathway modulation alters offspring gene transcription in a sequence-specific manner. We map a dynamic small RNA content in developing sperm and find that the mature sperm carry a highly distinct small RNA cargo. By biochemical pulldown, we identify a small RNA subset bound directly to piwi protein. And, we show that piRNA-pathway controlled sperm small RNAs are linked to target gene repression in offspring. Critically, we find that full piRNA-pathway dosage is necessary for the intergenerational metabolic and transcriptional reprogramming events triggered by high paternal dietary sugar. These data provide a direct link between regulation of endogenous mature sperm small RNAs and transcriptional programming of complementary sequences in offspring. Thus, we identify a novel mediator of paternal intergenerational epigenetic inheritance.

Abstract Metabolic programming of the innate immune cells known as dendritic cells (DCs) changes in response to different stimuli, influencing their function. While the mechanisms behind increased glycolytic metabolism in response to inflammatory stimuli are well-studied, less is known about the programming of mitochondrial metabolism in DCs. We used lipopolysaccharide (LPS) and interferon-β (IFN-β), which differentially stimulate the use of glycolysis and oxidative phosphorylation (OXPHOS), respectively, to identify factors important for mitochondrial metabolism. We found that the expression of peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1β (PGC-1β), a transcriptional co-activator and known regulator of mitochondrial metabolism, decreases when DCs are activated with LPS, when OXPHOS is diminished, but not with IFN-β, when OXPHOS is maintained. We examined the role of PGC-1β in bioenergetic metabolism of DCs and found that PGC-1β deficiency in DCs indeed impairs mitochondrial respiration. PGC-1β-deficient DCs are more glycolytic compared to controls, likely to compensate for reduced OXPHOS. PGC-1β deficiency also causes decreased capacity for ATP production at steady state and in response to IFN-β treatment. Loss of PGC-1β in DCs leads to increased expression of genes in inflammatory pathways, and reduced expression of genes encoding proteins important for mitochondrial metabolism and function. Collectively, these results demonstrate that PGC-1β is a key positive regulator of mitochondrial metabolism in DCs.

SUMMARY The tumor suppressor NF1 is a critical driver of sporadic breast cancer and NF-related breast cancers. We utilized distinct Nf1 -deficient immunocompetent rat models to investigate Nf1 function in mammary development and homeostasis. Here we demonstrate that Nf1 deficiency dramatically accelerates mammary morphogenesis, alters TEB cell organization, and proliferation. Notably, we observed a shift in luminal-basal epithelial lineage commitment within Nf1 -deficient lines with early tumor onset. In addition, we detected subpopulations of hybrid EMT cells (Ecad + /CK14 + ) within the invasive edge and stroma of Nf1 -deficient tumors. Nf1 deficiency restricted luminal progenitor potential and resulted in gene expression changes associated with decreased cell adhesion and increased EMT signatures. Together our findings support a model in which Nf1 loss of function results in lineage plasticity throughout mammary morphogenesis and promotes EMT-mediated invasion. This study reveals a previously unknown role for the tumor suppressor neurofibromin in mammary homeostasis and phenotypic plasticity during breast cancer progression.

ABSTRACT Objective NF1 is a tumor suppressor gene and its protein product, neurofibromin, is the key negative regulator of the RAS pathway. NF1 is one of the top driver mutations in sporadic breast cancer such that 27% of breast cancers exhibit damaging NF1 alterations. NF1 loss-of-function is a frequent event in the genomic evolution of estrogen receptor (ER)+ breast cancer metastasis and endocrine resistance. Individuals with Neurofibromatosis type 1 (NF) – a disorder caused by germline NF1 mutations – have an increased risk of dying from breast cancer [1–4]. NF-related breast cancers are associated with decreased overall survival compared to sporadic breast cancer. Despite numerous studies interrogating the role of RAS mutations in tumor metabolism, no study has comprehensively profiled the NF1 -mutant breast cancer metabolome to define patterns of energetic and metabolic reprogramming. The goals of this investigation were (1) to define the role of NF1 deficiency in estrogen receptor-positive (ER+) breast cancer metabolic reprogramming and (2) to identify potential targeted pathway and metabolic inhibitor combination therapies for NF1 -deficient ER+ breast cancer. Methods We employed two ER+ NF1 -deficient breast cancer models: (1) an NF1 -mutant MCF7 breast cancer cell line to model sporadic breast cancer, and (2) three distinct, Nf1 -deficient rat models to model NF- related breast cancer [1]. IncuCyte proliferation analysis was used to measure the effect of NF1 deficiency on cell proliferation and drug response. Protein quantity was assessed by Western Blot analysis. We then used RNAseq to investigate the transcriptional effect of NF1 deficiency on global and metabolism-related transcription. We measured cellular energetics using Agilent Seahorse XF-96 Glyco Stress Test and Mito Stress Test assays. We performed stable isotope labeling and measured [U- 13 C]- glucose and [U- 13 C]-glutamine metabolite incorporation and measured total metabolite pools using mass spectrometry. Lastly, we used a Bliss synergy model to investigate NF1 -driven changes in targeted and metabolic inhibitor synergy. Results Our results revealed that NF1 deficiency enhanced cell proliferation, altered neurofibromin expression, and increased RAS and PI3K/AKT pathway signaling while constraining oxidative ATP production and restricting energetic flexibility. Neurofibromin deficiency also increased glutamine influx into TCA intermediates and dramatically increased lipid pools, especially triglycerides (TG). Lastly, NF1 deficiency alters the synergy between metabolic inhibitors and traditional targeted inhibitors. This includes increased synergy with inhibitors targeting glycolysis, glutamine metabolism, mitochondrial fatty acid transport, and TG synthesis. Conclusions NF1 deficiency drives metabolic reprogramming in ER+ breast cancer. This reprogramming is characterized by oxidative ATP constraints, glutamine TCA influx, and lipid pool expansion, and these metabolic changes introduce novel metabolic-to-targeted inhibitor synergies. HIGHLIGHTS NF1 deficiency drives metabolic reprogramming in ER+ breast cancer. NF1 -driven metabolic reprogramming is characterized by oxidative ATP constraints, glutamine TCA influx, and lipid pool expansion. NF1 -deficient ER+ breast cancer cells have increased sensitivity to a combination of RAS and triglyceride synthesis inhibitors. Graphical Abstract

Abstract Leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) and α-synuclein share enigmatic roles in the pathobiology of Parkinson’s disease (PD). LRRK2 mutations are a common genetic cause of PD which, in addition to neurodegeneration, often present with abnormal deposits of α-synuclein in the form of Lewy-related pathology. As Lewy-related pathology is a prominent neuropathologic finding in sporadic PD, the relationship between LRRK2 and α-synuclein has garnered considerable interest. However, whether and how LRRK2 might influence the accumulation of Lewy-related pathology remains poorly understood. Through stereotactic injection of mouse α-synuclein pre-formed fibrils (PFF), we modeled the spread of Lewy-related pathology within forebrain regions where LRRK2 is most highly expressed. The impact of LRRK2 genotype on the formation of α-synuclein inclusions was evaluated at 1-month post-injection. Neither deletion of LRRK2 nor G2019S LRRK2 knockin appreciably altered the burden of α- synuclein pathology at this early timepoint. These observations fail to provide support for a robust pathophysiologic interaction between LRRK2 and α-synuclein in the forebrain in vivo . There was, however, a modest reduction in microglial activation induced by PFF delivery in the hippocampus of LRRK2 knockout mice, suggesting that LRRK2 may contribute to α-synuclein-induced neuroinflammation. Collectively, our data indicate that the pathological accumulation of α-synuclein in the mouse forebrain is largely independent of LRRK2. Highlights Adult mice accumulate α-synuclein pathology in the hippocampus and cortex following stereotactic injection with α-synuclein PFFs, with negligible influence of LRRK2 genotype. Hippocampal and cortical α-synuclein pathology elicits the concomitant accrual of phosphorylated tau, reactive astrogliosis, and microglial activation. Absence of endogenous LRRK2 attenuates microglial activation in the dorsal hippocampus induced by PFFs, but not in the entorhinal cortex. Accumulation of α-synuclein inclusions and related neuropathologic changes were strongly associated across the hippocampal dorsal-ventral axis, regardless of LRRK2 genotype.

Abstract Background and Aims A subset of pancreatic ductal adenocarcinomas (PDACs) is highly resistant to systemic chemotherapy, but no markers are available in clinical settings to identify this subset. We hypothesized that chemotherapy-resistant PDACs express a glycan biomarker called sTRA. Methods . We tested this marker to identify treatment-resistant PDAC in multiple systems: sets of cell lines, organoids, and isogenic cell lines; primary tumors; and blood plasma from cohorts of human subjects. Results . Among a panel of 27 cell lines, high levels of cell-surface sTRA identified higher resistance to seven chemotherapeutics used against PDAC. Using primary tumors from two different cohorts, patients who were positive for a gene-expression classifier for sTRA received no statistically significant benefit from adjuvant chemotherapy, in contrast to those negative for the signature. In another cohort, using direct measurements of sTRA in tissue microarrays by quantitative immunofluorescence, patients who were high in sTRA again had no statistically significant benefit from adjuvant chemotherapy. Further, a blood-plasma test for the sTRA glycan identified the PDACs that showed rapid relapse following neoadjuvant chemotherapy. This blood test performed with 96% specificity and 56% sensitivity in a blinded cohort using samples collected before the start of treatment. Conclusion . These findings establish that tissue or plasma sTRA can identify PDACs that are resistant to neoadjuvant or adjuvant chemotherapy. This capability could help apply systemic treatments more precisely and facilitate biomarker-guided trials targeting resistant PDAC.

Abstract Malignant peripheral nerve sheath tumors (MPNSTs) are chemotherapy resistant sarcomas that are a leading cause of death in neurofibromatosis type 1 (NF1). Although NF1-related MPNSTs derive from neural crest cell origin, they also exhibit intratumoral heterogeneity. TP53 mutations are associated with significantly decreased survival in MPNSTs, however the mechanisms underlying TP53- mediated therapy responses are unclear in the context of NF1 -deficiency. We evaluated the role of two commonly altered genes, MET and TP53 , in kinome reprograming and cellular differentiation in preclinical MPNST mouse models. We previously showed that MET amplification occurs early in human MPNST progression and that Trp53 loss abrogated MET-addiction resulting in MET inhibitor resistance. Here we demonstrate a novel mechanism of therapy resistance whereby p53 alters MET stability, localization, and downstream signaling leading to kinome reprogramming and lineage plasticity. Trp53 loss also resulted in a shift from RAS/ERK to AKT signaling and enhanced sensitivity to MEK and mTOR inhibition. In response to MET, MEK and mTOR inhibition, we observed broad and heterogeneous activation of key differentiation genes in Trp53 -deficient lines suggesting Trp53 loss also impacts lineage plasticity in MPNSTs. These results demonstrate the mechanisms by which p53 loss alters MET dependency and therapy resistance in MPNSTS through kinome reprogramming and phenotypic flexibility.

ABSTRACT BACKGROUND Neurofibromin, coded by the NF1 tumor suppressor gene, is the main negative regulator of the RAS pathway and is frequently mutated in various cancers. Women with Neurofibromatosis Type I (NF1) – a tumor predisposition syndrome caused by a germline NF1 mutation – have an increased risk of developing aggressive breast cancer with poorer prognosis. The mechanism by which NF1 mutations lead to breast cancer tumorigenesis is not well understood. Therefore, the objective of this work was to identify stromal alterations before tumor formation that result in the increased risk and poorer outcome seen among NF1 patients with breast cancer. METHODS To accurately model the germline monoallelic NF1 mutations in NF1 patients, we utilized an Nf1- deficient rat model with accelerated mammary development before presenting with highly penetrant breast cancer. RESULTS We identified increased collagen content in Nf1 -deficient rat mammary glands before tumor formation that correlated with age of tumor onset. Additionally, gene expression analysis revealed that Nf1 -deficient mature adipocytes in the rat mammary gland have increased collagen expression and shifted to a fibroblast and preadipocyte expression profile. This alteration in lineage commitment was also observed with in vitro differentiation, however, flow cytometry analysis did not show a change in mammary adipose-derived mesenchymal stem cell abundance. CONCLUSION Collectively, these studies uncovered the previously undescribed role of Nf1 in mammary collagen deposition and regulating adipocyte differentiation. In addition to unraveling the mechanism of tumor formation, further investigation of adipocytes and collagen modifications in preneoplastic mammary glands will create a foundation for developing early detection strategies of breast cancer among NF1 patients. GRAPHICAL ABSTRACT