Abstract As a powerful phenotyping technology, metabolomics provides new opportunities in biomarker discovery through metabolome-wide association studies (MWAS) and identification of metabolites having regulatory effect in various biological processes. While MS-based metabolomics assays are endowed with high-throughput and sensitivity, large-scale MWAS are doomed to long-term data acquisition generating an overtime-analytical signal drift that can hinder the uncovering of true biologically relevant changes. We developed “ dbnorm ”, a package in R environment, which allows visualization and removal of signal heterogeneity from large metabolomics datasets. “ dbnorm ” integrates advanced statistical tools to inspect dataset structure, at both macroscopic (sample batch) and microscopic (metabolic features) scales. To compare model performance on data correction, “ dbnorm ” assigns a score, which allows the straightforward identification of the best fitting model for each dataset. Herein, we show how “ dbnorm ” efficiently removes signal drift among batches to capture the true biological heterogeneity of data in two large-scale metabolomics studies.

Many organisms exhibit temporal rhythms in gene expression that propel diurnal cycles in physiology. In the liver of mammals, these rhythms are controlled by transcription-translation feedback loops of the core circadian clock and by feeding-fasting cycles. To better understand the regulatory interplay between the circadian clock and feeding rhythms, we mapped DNase I hypersensitive sites (DHSs) in mouse liver during a diurnal cycle. The intensity of DNase I cleavages cycled at a substantial fraction of all DHSs, suggesting that DHSs harbor regulatory elements that control rhythmic transcription. Using ChIP-seq, we found that hypersensitivity cycled in phase with RNA polymerase II (Pol II) loading and H3K27ac histone marks. We then combined the DHSs with temporal Pol II profiles in wild-type (WT) and Bmal1-/- livers to computationally identify transcription factors through which the core clock and feeding-fasting cycles control diurnal rhythms in transcription. While a similar number of mRNAs accumulated rhythmically in Bmal1-/- compared to WT livers, the amplitudes in Bmal1-/- were generally lower. The residual rhythms in Bmal1-/- reflected transcriptional regulators mediating feeding-fasting responses as well as responses to rhythmic systemic signals. Finally, the analysis of DNase I cuts at nucleotide resolution showed dynamically changing footprint consistent with dynamic binding of CLOCK:BMAL1 complexes. Structural modeling suggested that these footprints are driven by a transient hetero-tetramer binding configuration at peak activity. Together, our temporal DNase I mappings allowed us to decipher the global regulation of diurnal transcription rhythms in mouse liver.

Abstract Purpose Traumatic brain injury (TBI), including pediatric abusive head trauma (AHT), is the leading cause of death and disability in children and young adults worldwide. The current understanding of trauma-induced molecular changes in the brain of human subjects with intracranial haemorrhage (ICH) remains inadequate and requires further investigation to improve the outcome and management of TBI in the clinic. Calcium-mediated damage at the site of brain injury has been shown to activate several catalytic enzymes. Experimental design Serine hydrolases (SHs) are major catalytic enzymes involved in the biochemical pathways of blood coagulation, systemic inflammation and neuronal signaling. Here we investigated activity-based protein profiling (ABPP) by measuring the activity status of SH enzymes in the serum of infants with severe ICH as a consequence of AHT or atraumatic infants who died of sudden infant death syndrome (SIDS). Results Our proof-of-principle study revealed significantly reduced physiological activity of dozens of metabolic SHs in the serum of infants with severe AHT compared to the SIDS group, with some of the enzymes being related to neurodevelopment and basic brain metabolism. Conclusions and clinical relevance To our knowledge, this is the first study to investigate the ABPP of the SHs enzyme family to detect changes in their physiological activity in blood serum in severe TBI. We used antemortem (AM) serum from infants under the age of 2 years who were victims of AHT with a severe form of ICH. The analytical approach used in the proof-of-principle study shows reduced activities of serum serine lipases in AHT cases and could be further investigated in mild forms of AHT, which currently show 30% of misdiagnosed cases in clinics.

Long bones from mammals host blood cell formation and contain multiple cell types, including adipocytes. Overabundance of adipocytes in bone marrow is associated with pathological conditions such as age-related osteoporosis or marrow aplasia induced by irradiation or chemotherapy. However, physiological functions of bone marrow adipocytes are poorly documented. Herein, we investigated the consequence of total adipocyte deficiency on bone homeostasis in mice. By generating adipocyte-deficient mice using PPARγ deletion, we found that lipoatrophy leads to dramatic alterations of trabecular and cortical femoral bone. More specifically, cortical bone of these mice is extremely porous and poorly defined due to the excessive presence of active bone-resorbing osteoclasts. Thus, despite the supposed role of PPARγ in osteoclast formation, osteoclastogenesis is highly active in this mouse model. Two independent models of lipoatrophy recapitulated this phenotype, demonstrating that hyperosteoclastogenesis is not intrinsically linked to PPARγ deficiency. We further showed that adiponectin, a cytokine produced by adipocytes and mesenchymal stromal cells, is a potent inhibitor of osteoclastogenesis in vitro and in vivo . Consistently, pharmacological activation of adiponectin receptors by the synthetic agonist AdipoRon inhibits mature osteoclast activity both in mouse and human by blocking podosome formation. This adiponectin-inhibiting action on mature osteoclasts occurs though AMPK activation, thereby demonstrating that even fully differentiated and active osteoclasts are sensitive to adipose-derived signals. Finally, we showed that AdipoRon inhibits bone erosion in vivo in a murine model of inflammatory bone loss. Collectively, these data reveal that adiponectin-producing cells are key regulators of bone homeostasis, and that preserving functional bone marrow adiponectin pathway can improve bone integrity in the context of metabolic and inflammatory disorders.