In multicellular organisms, constituent cells depend on extracellular signals for growth, proliferation, and survival. When cells are withdrawn from growth factors, they undergo apoptosis. Expression of constitutively active forms of the serine/threonine kinase Akt/PKB can prevent apoptosis upon growth factor withdrawal. Akt-mediated survival depends in part on the maintenance of glucose metabolism, suggesting that reduced glucose utilization contributes to growth factor withdrawal-induced death. However, it is unclear how restricting access to extracellular glucose alone would lead to the metabolic collapse observed after growth factor withdrawal. We report herein that growth factor withdrawal results in the loss of surface transporters for not only glucose but also amino acids, low-density lipoprotein, and iron. This coordinated decline in transporters and receptors for extracellular molecules creates a catabolic state characterized by atrophy and a decline in the mitochondrial membrane potential. Activated forms of Akt maintained these transporters on the cell surface in the absence of growth factor through an mTOR-dependent mechanism. The mTOR inhibitor rapamycin diminished Akt-mediated increases in cell size, mitochondrial membrane potential, and cell survival. These results suggest that growth factors control cellular growth and survival by regulating cellular access to extracellular nutrients in part by modulating the activity of Akt and mTOR.

Safaiyan et al. demonstrate that myelin fragments progressively pinch off from aged myelin sheaths and are taken up and cleared by microglia. Age-associated myelin breakdown is substantial and saturates the degradative capacities of microglia, leading to lysosomal storage and an immune activation in microglia with time. Myelin is synthesized as a multilamellar membrane, but the mechanisms of membrane turnover are unknown. We found that myelin pieces were gradually released from aging myelin sheaths and were subsequently cleared by microglia. Myelin fragmentation increased with age and led to the formation of insoluble, lipofuscin-like lysosomal inclusions in microglia. Thus, age-related myelin fragmentation is substantial, leading to lysosomal storage and contributing to microglial senescence and immune dysfunction in aging.

The stability of tight junctions (TJs) between endothelial cells (ECs) is essential to maintain blood-brain barrier (BBB) function in the healthy brain. Following ischemic stroke, TJ strand dismantlement due to protein degradation leads to BBB dysfunction, yet the mechanisms driving this process are poorly understood. Here, we show that endothelial-specific ablation of Rab7a, a small GTPase that regulates endolysosomal protein degradation, reduces stroke-induced TJ strand disassembly resulting in decreased paracellular BBB permeability and improved neuronal outcomes. Two pro-inflammatory cytokines, TNFα and IL1β, but not glucose and oxygen deprivation, induce Rab7a activation via Ccz1 in brain ECs in vitro , leading to increased TJ protein degradation and impaired paracellular barrier function. Silencing Rab7a in brain ECs in vitro reduces cytokine-driven endothelial barrier dysfunction by suppressing degradation of a key BBB TJ protein, Claudin-5. Thus, Rab7a activation by inflammatory cytokines promotes degradation of select TJ proteins leading to BBB dysfunction after ischemic stroke.

Abstract Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is the third leading cause of cancer-related death in the US. This poor prognosis is related to the complex tumor microenvironment and tumor heterogeneity that drives resistance to chemotherapy. Here the heterogeneity of the stromal, immune, and malignant epithelial cell populations enables signaling and metabolic crosstalk mechanisms that drive immune suppression and resistance to therapy. Recently, our group unveiled that multiple distinct metabolic subclasses of cancer cells coexist within individual PDAC tumors. Among these, two PDAC clonal populations can engage in metabolic symbiosis that supports mitochondrial metabolism. One subtype has a constitutively high integrated stress response (ISR), enabling resistance to mitochondrial inhibitors. Further, these cells release asparagine that supports the mitochondrial metabolism of the other subtype that are more sensitive to mitochondrial inhibition. Given these observations, we are developing approaches to disrupt this metabolic symbiosis. Clonal PDAC cells with constitutively active ISR exhibit increased sensitivity to inhibition of the redox activity of Redox factor 1/Apurinic-apyrimidinic endonuclease 1 (Ref-1). Importantly, this can be leveraged to disrupt the support of the mitochondrial metabolism of clonal symbiotic pairs. Moreover, polyclonal PDAC cell lines representative of the heterogeneity seen in PDAC patients show a highly synergistic response to the combination of Ref-1 redox inhibitors with mitochondrial inhibitors. These data suggest this treatment combination will be synergistic in polyclonal tumors that exist in most PDAC patients. Overall, these data have the potential to lead to new avenues to directly target heterogenous populations of cancer cells to treat pancreatic cancer- an urgent clinical need. Citation Format: Taryn Morningstar, Cecily Anaraki, Lorenzo Scipioni, Giulia Tedeschi, Michelle Digman, Aimee Edinger, Claus Jorgensen, Melissa Fishel, Christopher J Halbrook. Targeting metabolic heterogeneity in pancreatic ductal adenocarcinoma [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: Advances in Pancreatic Cancer Research; 2024 Sep 15-18; Boston, MA. Philadelphia (PA): AACR; Cancer Res 2024;84(17 Suppl_2):Abstract nr C045.