Safe anaerobic metabolism Naked mole-rats live in large colonies deep underground in hypoxic conditions. Park et al. found that these animals fuel anaerobic glycolysis with fructose by a rewired pathway that avoids tissue damage (see the Perspective by Storz and McClelland). These results provide insight into the adaptations that this strange social rodent has to make for life underground. They also have implications for medical practice, particularly for understanding how to protect tissues from hypoxia. Science , this issue p. 307 ; see also p. 248

Abstract Increasing evidence recognizes Alzheimer's disease (AD) as a multifactorial and heterogeneous disease with multiple contributors to its pathophysiology, including vascular dysfunction. The recently updated AD Research Framework put forth by the National Institute on Aging–Alzheimer's Association describes a biomarker‐based pathologic definition of AD focused on amyloid, tau, and neuronal injury. In response to this article, here we first discussed evidence that vascular dysfunction is an important early event in AD pathophysiology. Next, we examined various imaging sequences that could be easily implemented to evaluate different types of vascular dysfunction associated with, and/or contributing to, AD pathophysiology, including changes in blood‐brain barrier integrity and cerebral blood flow. Vascular imaging biomarkers of small vessel disease of the brain, which is responsible for >50% of dementia worldwide, including AD, are already established, well characterized, and easy to recognize. We suggest that these vascular biomarkers should be incorporated into the AD Research Framework to gain a better understanding of AD pathophysiology and aid in treatment efforts.

Caveolae are plasma membrane invaginations prominent in all endothelial cells lining blood vessels. Caveolae characteristically bud to form free cytoplasmic vesicles capable of transporting carrier proteins such as albumin through the cell. However, caveolae size distribution and dynamics in living endothelial cells and ability of caveolae to internalize nanoparticles are not well understood. We demonstrate here the design of a dual-color nanoparticle pair to measure noninvasively caveolae size and dynamics. First, we coated nanoparticles with BSA (bovine serum albumin) to address whether albumin promoted their delivery. Albumin has been shown to bind to protein on endothelial cell surface localized in caveolae and activate albumin endocytosis. Imaging of BSA-coated nanoparticles varying from 20 to 100 nm in diameter in endothelial cells demonstrated that caveolae-mediated nanoparticle uptake was dependent on albumin coating of particles. We also showed that caveolae could accommodate up to 100 nm diameter nanoparticles, a size larger than the diameter of typical caveolae, suggesting compliant property of caveolae. Together, our results show the feasibility of tracking multicolored nanoparticles in living endothelial cells and potential usefulness for designing therapeutic nanoparticle cargo to cross the limiting vessel wall endothelial barrier.

Manganese superoxide dismutase (MnSOD/SOD2) is a mitochondria-resident enzyme that governs the types of reactive oxygen species egressing from the organelle to affect cellular signalling. Here we demonstrate that MnSOD upregulation in cancer cells establishes a steady flow of H2O2 originating from mitochondria that sustains AMP-activated kinase (AMPK) activation and the metabolic shift to glycolysis. Restricting MnSOD expression or inhibiting AMPK suppresses the metabolic switch and dampens the viability of transformed cells indicating that the MnSOD/AMPK axis is critical to support cancer cell bioenergetics. Recapitulating in vitro findings, clinical and epidemiologic analyses of MnSOD expression and AMPK activation indicated that the MnSOD/AMPK pathway is most active in advanced stage and aggressive breast cancer subtypes. Taken together, our results indicate that MnSOD serves as a biomarker of cancer progression and acts as critical regulator of tumour cell metabolism. Tumour cells sustain high levels of glycolysis even in presence of oxygen, which is known as the Warburg effect. Here the authors show that MnSOD contributes to the Warburg effect by increasing the levels of H2O2released from mitochondria, which sustains glycolysis by activating AMPK.

Abstract Pannexin 1 (Panx1) is an ATP-efflux channel that controls endothelial function in the systemic circulation. However, the roles of endothelial Panx1 in resistance-sized pulmonary arteries (PAs) are unknown. Extracellular ATP dilates PAs through activation of endothelial TRPV4 (transient receptor potential vanilloid 4) ion channels. We hypothesized that endothelial Panx1–ATP– TRPV4 channel signaling promotes vasodilation and lowers pulmonary arterial pressure (PAP). Endothelial, but not smooth muscle, knockout of Panx1 or TRPV4 increased PA contractility and raised PAP. Panx1-effluxed extracellular ATP signaled through purinergic P2Y2 receptor (P2Y2R) to activate protein kinase Cα (PKCα), which in turn activated endothelial TRPV4 channels. Finally, caveolin-1 provided a signaling scaffold for endothelial Panx1, P2Y2R, PKCα, and TRPV4 channels in PAs, promoting their spatial proximity and enabling signaling interactions. These results indicate that endothelial Panx1–P2Y2R–TRPV4 channel signaling, facilitated by caveolin-1, reduces PA contractility and lowers PAP.

Leukocyte infiltration of the CNS can contribute to neuroinflammation and cognitive impairment. Brain endothelial cells regulate adhesion, activation, and diapedesis of T cells across the blood-brain barrier (BBB) in inflammatory diseases. The integral membrane protein Caveolin-1 (Cav-1) critically regulates BBB permeability, but its influence on T cell CNS infiltration in respiratory viral infections is unknown. In this study, we sought to determine the role of Cav-1 at the BBB in neuroinflammation in a COVID-19 mouse model. We used mice genetically deficient in Cav-1 to test the role of this protein in T cell infiltration and cognitive impairment. We found that SARS-CoV-2 infection upregulated brain endothelial Cav-1. Moreover, SARS-CoV-2 infection increased brain endothelial cell vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) and CD3+ T cell infiltration of the hippocampus, a region important for short term learning and memory. Concordantly, we observed learning and memory deficits. Importantly, genetic deficiency in Cav-1 attenuated brain endothelial VCAM-1 expression and T cell infiltration in the hippocampus of mice with SARS-CoV-2 infection. Moreover, Cav-1 KO mice were protected from the learning and memory deficits caused by SARS-CoV-2 infection. These results indicate the importance of BBB permeability in COVID-19 neuroinflammation and suggest potential therapeutic value of targeting Cav-1 to improve disease outcomes.

The mechanisms underlying adult hippocampal neurogenesis (AHN) are not fully understood. AHN plays instrumental roles in learning and memory. Understanding the signals that regulate AHN has implications for brain function and therapy. Here we show that Caveolin-1 (Cav-1), a protein that is highly enriched in endothelial cells and the principal component of caveolae, autonomously regulates AHN. Conditional deletion of Cav-1 in adult neural progenitor cells (nestin +) led to increased neurogenesis and enhanced performance of mice in contextual discrimination. Proteomic analysis revealed that Cav-1 plays a role in mitochondrial pathways in neural progenitor cells. Importantly, Cav-1 was localized to the mitochondria in neural progenitor cells and modulated mitochondrial fission-fusion, a critical process in neurogenesis. These results suggest that Cav-1 is a novel regulator of AHN and underscore the impact of AHN on cognition.

Abstract Caveolae, the cave-like structures abundant in endothelial cells (ECs), are important in regulating key functions such as caveolae-mediated endocytosis and generation of nitric oxide. Here we show that deletion of the receptor tyrosine kinase EphB1 ( EphB1 −/− ) in mice markedly reduced the caveolae number in ECs of heart and lung vessels and prevented caveolae-mediated endocytosis. EphB1 expressed in adult ECs was shown to bind the caveolin-1 (Cav-1) scaffold domain (CSD) via the CSD binding motif (CSDBM) on EphB1. We demonstrated that activation of EphB1 by the native ligand Ephrin B1 uncoupled EphB1 from Cav-1, and licensed Src- dependent Y-14 Cav-1 phosphorylation. Deletion of CSDBM on EphB1 prevented EphB1/Cav-1 interaction and the activation of Src and Src mediated Y-14 Cav-1 phosphorylation. These studies identify the central role of endothelium expressed EphB1 in regulating caveolae biogenesis and caveolae-mediated endocytosis.

Abstract During obesity, endothelial cells (ECs) become lipid laden leading to endothelial dysfunction. We demonstrate endothelium downregulates caveolin-1 (Cav1) in mouse and human in response to obesity. Using an EC-specific Cav1 knockout mouse, we find mice are hyperlipidemic regardless of diet, but retain endothelial cell function. Whereas initially this was thought to be due to Cav1 mediate endocytosis, we find instead the mice have significantly increased nitric oxide (NO) in response to the lack of Cav1. The presence or absence of NO toggled inversely EC lipid content and plasma lipid in mice. We found the fatty acid translocase CD36 was directly nitrosated by endogenous NO at the same cysteines that are palmitoylated on CD36. The nitrosation of CD36 prevented it’s trafficking to the plasma membrane and decreased lipid uptake. The physiological effect of this mechanism was a reliance on NO for endothelial function. This work suggests that CD36 nitrosation occurs as a protective mechanism to prevent EC lipotoxicity and preserve function. Teaser Nitric oxide regulates serum lipids and endothelial cell lipid content through nitrosation of CD36.