The lysosomal–autophagic pathway is activated by starvation and plays an important role in both cellular clearance and lipid catabolism. However, the transcriptional regulation of this pathway in response to metabolic cues is uncharacterized. Here we show that the transcription factor EB (TFEB), a master regulator of lysosomal biogenesis and autophagy, is induced by starvation through an autoregulatory feedback loop and exerts a global transcriptional control on lipid catabolism via Ppargc1α and Ppar1α. Thus, during starvation a transcriptional mechanism links the autophagic pathway to cellular energy metabolism. The conservation of this mechanism in Caenorhabditis elegans suggests a fundamental role for TFEB in the evolution of the adaptive response to food deprivation. Viral delivery of TFEB to the liver prevented weight gain and metabolic syndrome in both diet-induced and genetic mouse models of obesity, suggesting a new therapeutic strategy for disorders of lipid metabolism. Ballabio and colleagues report that the transcription factor TFEB, which has a known role in autophagy, is induced by starvation and promotes transcription of PGC1α and PPARα. Intriguingly, targeted expression of TFEB in the liver blocks the development of metabolic syndrome in mouse models of obesity.

BHC80 is a component of the LSD1 co-repressor complex that demethylates histone H3 at lysine 4. The PHD domain of BHC80 interacts with the histone H3 tail only when lysine 4 is unmethylated, and BHC80 function is coupled to that of LSD1 in gene repression. Histone methylation is crucial for regulating chromatin structure, gene transcription and the epigenetic state of the cell. LSD1 is a lysine-specific histone demethylase that represses transcription by demethylating histone H3 on lysine 4 (ref. 1). The LSD1 complex contains a number of proteins, all of which have been assigned roles in events upstream of LSD1-mediated demethylation2,3,4 apart from BHC80 (also known as PHF21A), a plant homeodomain (PHD) finger-containing protein. Here we report that, in contrast to the PHD fingers of the bromodomain PHD finger transcription factor (BPTF) and inhibitor of growth family 2 (ING2), which bind methylated H3K4 (H3K4me3)5,6, the PHD finger of BHC80 binds unmethylated H3K4 (H3K4me0), and this interaction is specifically abrogated by methylation of H3K4. The crystal structure of the PHD finger of BHC80 bound to an unmodified H3 peptide has revealed the structural basis of the recognition of H3K4me0. Knockdown of BHC80 by RNA inhibition results in the de-repression of LSD1 target genes, and this repression is restored by the reintroduction of wild-type BHC80 but not by a PHD-finger mutant that cannot bind H3. Chromatin immunoprecipitation showed that BHC80 and LSD1 depend reciprocally on one another to associate with chromatin. These findings couple the function of BHC80 to that of LSD1, and indicate that unmodified H3K4 is part of the 'histone code'7. They further raise the possibility that the generation and recognition of the unmodified state on histone tails in general might be just as crucial as post-translational modifications of histone for chromatin and transcriptional regulation.

A transcriptional regulatory mechanism enables cellular adaptation to nutrient availability and supports cancer metabolism.

Abstract Endosomes have emerged as major signaling hubs where different internalized ligand-receptor complexes are integrated and the outcome of signaling pathways are organized to regulate the strength and specificity of signal transduction events. Ezrin, a major membrane-actin linker that assembles and coordinates macromolecular signaling complexes at membranes, has emerged recently as an important regulator of lysosomal function. Here, we report that endosomal-localized EGFR/Ezrin complex interacts with and triggers the inhibition of the Tuberous Sclerosis Complex (TSC) in response to EGF stimuli. This is regulated through activation of the AKT signaling pathway. Loss of Ezrin was deficient in TSC repression by EGF and culminated in translocation of TSC to lysosomes triggering suppression of mTORC1 signaling. Overexpression of constitutively active EZRIN T567D is sufficient to relocalize TSC to the endosomes and reactivate mTORC1. Our findings identify EZRIN as a critical regulator of autophagy via TSC in response to EGF stimuli and establish the central role of early endosomal signaling in the regulation of mTORC1. Consistently, Medaka fish deficient for Ezrin exhibit defective endo-lysosomal pathway, attributable to the compromised EGFR/AKT signaling, ultimately leading to retinal degeneration. Our data identify a pivotal mechanism of endo-lysosomal signaling involving Ezrin and its associated EGFR/TSC complex, which are essential for retinal function.

ABSTRACT Alpha-1 antitrypsin (AAT) deficiency is a common genetic disorder with lung and liver involvement. Most patients carry the Z allele in SERPINA1 that encodes a mutant AAT (ATZ) forming hepatotoxic polymers. We found CHOP upregulation and activation in both mouse (PiZ) and human livers expressing ATZ. Compared to controls, juvenile PiZ/ Chop -/- mice showed reduction in hepatic ATZ and transcriptional response to endoplasmic reticulum stress, as consequence of CHOP-mediated increase of SERPINA1 transcription. CHOP was found to upregulate SERPINA1 though binding with c-JUN on SERPINA1 regulatory elements, thus aggravating hepatic accumulation of ATZ. Increased CHOP levels were detected in diseased livers of children homozygous for the Z allele. Compared to adults, AAT deficiency in infants has different severity and prognosis. Based on our findings, CHOP-c-JUN complex upregulates SERPINA1 transcription and play an important role in the hepatic disease pathogenesis by increasing the burden of proteotoxic ATZ, particularly in the pediatric population.

ABSTRACT Whole-body energy expenditure, as well as glucose and lipid metabolism, are regulated by skeletal muscles, which account for 40-50% of human body mass. Peroxisomes are dynamic organelles that play a crucial role in lipid metabolism and clearance of reactive oxygen species, however their role in muscles remains poorly understood. To clarify this issue, we generated a muscle-specific transgenic mouse line with peroxisome import deficiency resulting from deletion of peroxisomal biogenesis factor 5 (Pex5). Pex5 inhibition disrupted the tethering between peroxisomes and mitochondria, impaired lipid metabolism and reduced muscle force and exercise performance. Moreover, mitochondrial content and function were also altered, accelerating age-related structural defects, neuromuscular junction degeneration, and muscle atrophy. Altogether, our findings show the importance of preserving peroxisomal function and their contact sites with mitochondria to maintain muscle health during aging.

Abstract The Wnt/β-catenin pathway is involved in development, cancer and embryonic stem cell (ESC) maintenance; its dual role in stem cell self-renewal and differentiation is still controversial. Here, by applying an in vitro system enabling inducible gene expression control, we report that moderate induction of transcriptionally active exogenous β- catenin in β-catenin null mouse ESCs promotes epiblast-like cell (EpiLC) derivation in vitro . Instead, in wild type cells moderate chemical pre-activation of the Wnt/β-catenin pathway promotes EpiLC in vitro derivation. Finally, we suggest that moderate β- catenin levels in β-catenin null mouse ESCs favour early stem cell commitment towards mesoderm if the exogenous protein is induced only in the ‘ground state’ of pluripotency condition, or endoderm if the induction is maintained during the differentiation. Overall, our results confirm previous findings about the role of β-catenin in pluripotency and differentiation, while indicating a role for its doses in promoting specific differentiation programs.

Abstract The skeletal dysplasia spondyloepiphyseal dysplasia tarda (SEDT) is caused by mutations in the TRAPPC2 gene, which encodes Sedlin, a component of the trafficking protein particle (TRAPP) complex that we have shown previously to be required for the export of type II collagen (Col2) from the endoplasmic reticulum. No vertebrate model for SEDT has been generated thus far. To address this gap, we generated a Sedlin knockout animal by mutating the orthologous TRAPPC2 gene ( olSedl ) of Oryzias latipes (medaka) fish. OlSedl deficiency leads to embryonic defects, short size, diminished skeletal ossification, and altered Col2 production and secretion, resembling human defects observed in SEDT patients. Moreover, SEDT knock-out animals display photoreceptor degeneration and gut morphogenesis defects, suggesting a key role for Sedlin in the development of these organs. Thus, by studying Sedlin function in vivo , we provide evidence for a mechanistic link between TRAPPC2-mediated membrane trafficking, Col2 export, and developmental disorders.