The intestine is a site of direct encounter with the external environment and must consequently balance barrier defense with nutrient uptake. To investigate how nutrient uptake is regulated in the small intestine, we tested the effect of diets with different macronutrient compositions on epithelial gene expression. We found that enzymes and transporters required for carbohydrate digestion and absorption were regulated by carbohydrate availability. The "on-demand" induction of this machinery required γδ T cells, which regulated this program through the suppression of interleukin-22 production by type 3 innate lymphoid cells. Nutrient availability altered the tissue localization and transcriptome of γδ T cells. Additionally, transcriptional responses to diet involved cellular remodeling of the epithelial compartment. Thus, this work identifies a role for γδ T cells in nutrient sensing.

Abstract Metastasis is the leading cause of cancer-related mortality. Paneth cells provide stem cell niche factors in homeostatic conditions, but the underlying mechanisms of cancer stem cell niche development are unclear. Here we report that Dickkopf-2 (DKK2) is essential for the generation of cancer cells with Paneth cell properties during colon cancer metastasis. Splenic injection of Dkk2 -knockout (KO) cancer organoids into C57BL/6 mice resulted in a significant reduction of liver metastases. Transcriptome analysis showed reduction of Paneth cell markers such as lysozymes in KO organoids. Single cell RNA sequencing analyses of murine metastasized colon cancer cells and patient samples identified the presence of lysozyme positive cells with Paneth cell properties including enhanced glycolysis. Further analyses of transcriptome and chromatin accessibility suggested Hepatocyte nuclear factor 4-alpha (HNF4A) as a downstream target of DKK2. Chromatin immunoprecipitation followed by sequencing analysis revealed that HNF4A binds to the promoter region of Sox9 , a well-known transcription factor for Paneth cell differentiation. In the liver metastatic foci, DKK2 knockout rescued HNF4A protein levels followed by reduction of lysozyme positive cancer cells. Taken together, DKK2-mediated reduction of HNF4A protein promotes the generation of lysozyme positive cancer cells with Paneth cell properties in the metastasized colon cancers.

Forkhead box protein A1 (FOXA1), a pioneering transcriptional factor known for its critical roles in prostate and ERα–positive breast cancer, is also expressed in human epidermal growth factor receptor-2 (HER2/ErbB2)-positive breast cancers. However, its role in HER2-pos tumors is less well understood. Here we investigate the function of FOXA1 in HER2/ErbB2-positive breast cancers. The loss of FOXA1 was associated with a marked decrease in the viability of HER2-positive and HER2 amplified cell lines, suggesting a pivotal involvement of FOXA1 in these breast cancers. Employing patient-derived single-cell RNA sequencing and spatial transcriptomics, we demonstrate that FOXA1 is co-expressed with ErbB2 in HER2-positive breast cancers. Suppression of FOXA1 expression led to the reduction of HER2 expression and signaling. Chromatin Immunoprecipitation Sequencing (ChIP-seq) and Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing (ATAC-seq) identified FOXA1 binding motifs in the ErbB2 promoter and regulatory element regions, which controlled ErbB2 gene expression. Notably, FOXA1 knockdown was observed to enhance Epithelial-Mesenchymal Transition (EMT) signaling and impede luminal tumor differentiation. Furthermore, we find that FOXA1 and TRPS1 combine to regulate TEAD/YAP-TAZ activity. Taken together, these findings highlight the essential role of FOXA1 in maintaining HER2 expression and a luminal cell phenotype in HER2-positive breast cancers.