Abstract Flavin containing monooxygenases (FMOs) are promiscuous enzymes known for metabolizing a wide range of exogenous compounds. In C. elegans , fmo-2 expression increases lifespan and healthspan downstream of multiple longevity-promoting pathways through an unknown mechanism. Here, we report that, beyond its classification as a xenobiotic enzyme, fmo-2 expression leads to rewiring of endogenous metabolism principally through changes in one carbon metabolism (OCM). These changes are likely relevant, as we find that genetically modifying OCM enzyme expression leads to alterations in longevity that interact with fmo-2 expression. Using computer modeling, we identify decreased methylation as the major OCM flux modified by FMO-2 that is sufficient to recapitulate its longevity benefits. We further find that tryptophan is decreased in multiple mammalian FMO overexpression models and is a validated substrate for FMO-2. Our resulting model connects a single enzyme to two previously unconnected key metabolic pathways and provides a framework for the metabolic interconnectivity of longevity-promoting pathways such as dietary restriction. FMOs are well-conserved enzymes that are also induced by lifespan-extending interventions in mice, supporting a conserved and important role in promoting health and longevity through metabolic remodeling.

Abstract An organism’s ability to perceive and respond to changes in its environment is crucial for its health and survival. Here we reveal how the most well-studied longevity intervention, dietary restriction (DR), acts in-part through a cell non-autonomous signaling pathway that is inhibited by the perception of attractive smells. Using an intestinal reporter for a key gene induced by DR but suppressed by attractive smells, we identify three compounds that block food perception in C. elegans , thereby increasing longevity as DR mimetics. These compounds clearly implicate serotonin and dopamine in limiting lifespan in response to food perception. We further identify an enteric neuron in this pathway that signals through the serotonin receptor 5-HT1A/ser-4 and dopamine receptor DRD2/dop-3. Aspects of this pathway are conserved in D. melanogaster and mammalian cells. Thus, blocking food perception through antagonism of serotonin or dopamine receptors is a plausible approach to mimic the benefits of dietary restriction.

Abstract Flavin-containing monooxygenases (FMOs) are a conserved family of xenobiotic enzymes upregulated in multiple longevity interventions, including nematode and mouse models. Previous work supports that C. elegans fmo-2 promotes longevity, stress resistance, and healthspan by rewiring endogenous metabolism. However, there are five C. elegans FMOs and five mammalian FMOs, and it is not known whether promoting longevity and health benefits is a conserved role of this gene family. Here, we report that expression of C. elegans fmo-4 promotes lifespan extension and paraquat stress resistance downstream of both dietary restriction and inhibition of mTOR. We find that overexpression of fmo-4 in just the hypodermis is sufficient for these benefits, and that this expression significantly modifies the transcriptome. By analyzing changes in gene expression, we find that genes related to calcium signaling are significantly altered downstream of fmo-4 expression. Highlighting the importance of calcium homeostasis in this pathway, fmo-4 overexpressing animals are sensitive to thapsigargin, an ER stressor that inhibits calcium flux from the cytosol to the ER lumen. This calcium/ fmo-4 interaction is solidified by data showing that modulating intracellular calcium with either small molecules or genetics can change expression of fmo-4 and/or interact with fmo-4 to affect lifespan and stress resistance. Further analysis supports a pathway where fmo-4 modulates calcium homeostasis downstream of activating transcription factor-6 ( atf-6 ), whose knockdown induces and requires fmo-4 expression. Together, our data identify fmo-4 as a longevity- promoting gene whose actions interact with known longevity pathways and calcium homeostasis.

Abstract Flavin containing monooxygenases (FMOs) are promiscuous enzymes known for metabolizing a wide range of exogenous compounds. In C. elegans , fmo-2 expression increases lifespan and healthspan downstream of multiple longevity-promoting pathways through an unknown mechanism. Here, we report that, contrary to its classification as a xenobiotic enzyme, fmo-2 expression leads to rewiring of endogenous metabolism principally through changes in one carbon metabolism (OCM). Using computer modeling, we identify decreased methylation as the major OCM flux modified by FMO-2 that is sufficient to recapitulate its longevity benefits. We further find that tryptophan is decreased in multiple mammalian FMO overexpression models and is a validated substrate for FMO enzymes. Our resulting model connects a single enzyme to two previously unconnected key metabolic pathways and provides a framework for the metabolic interconnectivity of longevity-promoting pathways such as dietary restriction. FMOs are well-conserved enzymes that are also induced by lifespan-extending interventions in mice, supporting a conserved and critical role in promoting health and longevity through metabolic remodeling.

studies can be constrained by worms escaping standard solid nematode growth medium (NGM) plates. When worms are in search of food or are avoiding pathogens, chemicals, and environmental stressors, they often exhibit a behavior known as "fleeing". Palmitic acid (PA) is sometimes used as a barrier "fence" to reduce fleeing under limited food and oxygen conditions. Here, we evaluate the efficacy of palmitic acid, polyethylene glycol (PEG) and copper as potential barriers to reduce fleeing under various environmental conditions. Our results indicate that PA and PEG each reduce fasted flee rate and do not obviously alter overall health and lifespan of the worms, while copper blunts worm growth and development. We also find that PEG is a more optimal tool than PA since it is more effective in fasted conditions, reduces flee rate in a pathogenic environment, and does not alter worm size.

ABSTRACT The intestine plays a key role in metabolism, nutrient and water absorption, and provides both physical and immunological defense against dietary and luminal antigens. The protective mucus lining in the intestine is a critical component of intestinal barrier function that when compromised, can lead to dysfunctional intestinal barriers that are a defining characteristic of inflammatory bowel disease (IBD), among other intestinal diseases. Here, we define a new role for the flavin-containing monooxygenase family of enzymes in maintaining a healthy intestinal epithelium. In nematodes, we find that Cefmo-2 is necessary and sufficient for proper intestinal barrier function, intestinal actin expression, and is induced by intestinal damage. In mice, we utilize an intestine-specific, inducible knockout model of the prevalent gut Fmo (Fmo5) and find striking phenotypes within two weeks of knockout. These phenotypes include sex-dependent changes in colon epithelial histology, goblet cell localization and maturation factors, and mucus barrier formation. Each of these changes are significantly more severe in female mice, plausibly mirroring differences observed in some types of IBD in humans. Looking further at these phenotypes, we find increased protein folding stress in Fmo5 knockout animals and successfully rescue the severe female phenotype with addition of a chemical ER chaperone. Together, our results identify a new role for Fmo5 in the mammalian intestine and support a key role for Fmo5 in maintenance of ER/protein homeostasis and proper mucus barrier formation.

Abstract In multicellular organisms, sensory perception affects many aspects of behavior and physiology. Sensory cues are frequently perceived by the nervous system, which in turn coordinates systemic changes that can modulate health. Here we find that the sense of touch interacts with nutritional state to modulate lifespan in C. elegans . Worms subjected to dietary restriction are shorter-lived when they perceive tactile stimuli that mimic bacterial food and protective soil. Touch modulation of dietary restriction requires primary mechanoreceptors, the neurotransmitters dopamine and tyramine/adrenaline, and the neuropeptides insulin and GnRH. Ultimately, the touch circuit regulates the longevity effectors DAF-2/IGF1R and FMO-2/FMO5. These results establish a physiological touch circuit and connect neural reward pathways to the growth and reproductive axes. Finding that gentle touch can modulate longevity suggests a role for physical comfort in healthspan and lifespan.