The antioxidant tempol reduces obesity in mice. Here we show that tempol alters the gut microbiome by preferentially reducing the genus Lactobacillus and its bile salt hydrolase (BSH) activity leading to the accumulation of intestinal tauro-β-muricholic acid (T-β-MCA). T-β-MCA is an farnesoid X receptor (FXR) nuclear receptor antagonist, which is involved in the regulation of bile acid, lipid and glucose metabolism. Its increased levels during tempol treatment inhibit FXR signalling in the intestine. High-fat diet-fed intestine-specific Fxr-null (FxrΔIE) mice show lower diet-induced obesity, similar to tempol-treated wild-type mice. Further, tempol treatment does not decrease weight gain in FxrΔIE mice, suggesting that the intestinal FXR mediates the anti-obesity effects of tempol. These studies demonstrate a biochemical link between the microbiome, nuclear receptor signalling and metabolic disorders, and suggest that inhibition of FXR in the intestine could be a target for anti-obesity drugs. Tempol is an antioxidant that reduces the body weight of mice on a high-fat diet. Li et al.now provide a mechanistic link by demonstrating that tempol affects the intestinal microbiota, which leads to a change in the composition of bile acids and suppression of FXR signalling.

Cholestasis is a common complication of sepsis, and the increased plasma levels of bile acids are predictive of sepsis-associated mortality. However, the exact mechanism by which cholestasis aggravates sepsis development remains elusive. Here, we show that bile acids are danger-associated molecular patterns (DAMPs) that can activate both signal 1 and 2 of the NLRP3 inflammasome in inflammatory macrophages. Mechanistically, bile acids induce a prolonged calcium influx and activate the NLRP3 inflammasome synergistically with ATP. Experimental cholestasis sensitizes, while cholestyramine, a bile acid sequestrant, protects mice from LPS-induced sepsis. FXR negatively regulates the NLRP3 inflammasome via physical interaction with NLRP3 and caspase 1. Fxr-null mice are more sensitive, while FXR-overexpressing mice are more resistant, to endoxemia shock. These findings suggest that bile acids and FXR play pivotal roles in sepsis via controlling the NLRP3 inflammasome, and that targeting FXR may represent a therapeutic strategy for cholestasis-associated sepsis.

Berberine, one of the most commonly used natural products, exhibits a poor plasma concentration-effect relationship whose underlying mechanisms remain largely unclear. This study was designed to test the hypothesis that extensive first-pass elimination and abundant tissue distribution of berberine may be its specific pharmacokinetic properties. For that, four different dosing routes, intragastric, intraduodenal, intraportal, and intravenous, were used to investigate the gastric, intestinal, and hepatic first-pass elimination of berberine. After intragastric dosing, approximately half of berberine ran intact through the gastrointestinal tract and another half was disposed of by the small intestine, leading to an extremely low extent of absolute oral bioavailability in rats (0.36%). Moreover, the major berberine metabolites were identified and quantified in rat enterocyte S9 fractions, portal vein plasma, and intestinal perfusates; plasma concentrations and tissue distribution of berberine and its major metabolites were determined as well. Data indicated that M1, M2 glucuronide, and M3 were the major metabolites generated from the small intestine and that there was a 70-fold increase in the ratio of the area under the concentration-time curve value for berberine (liver versus plasma). We conclude that intestinal first-pass elimination of berberine is the major barrier of its oral bioavailability and that its high extraction and distribution in the liver could be other important factors that lead to its low plasma levels in rats.

B-type lamins, the major components of the nuclear lamina, are believed to be essential for cell proliferation and survival. We found that mouse embryonic stem cells (ESCs) do not need any lamins for self-renewal and pluripotency. Although genome-wide lamin-B binding profiles correlate with reduced gene expression, such binding is not directly required for gene silencing in ESCs or trophectoderm cells. However, B-type lamins are required for proper organogenesis. Defects in spindle orientation in neural progenitor cells and migration of neurons probably cause brain disorganizations found in lamin-B null mice. Thus, our studies not only disprove several prevailing views of lamin-Bs but also establish a foundation for redefining the function of the nuclear lamina in the context of tissue building and homeostasis.

Experimental spinal cord injury (SCI) causes chronic neuropathic pain associated with inflammatory changes in thalamic pain regulatory sites. Our recent studies examining chronic pain mechanisms after rodent SCI showed chronic inflammatory changes not only in thalamus, but also in other regions including hippocampus and cerebral cortex. Because changes appeared similar to those in our rodent TBI models that are associated with neurodegeneration and neurobehavioral dysfunction, we examined effects of mouse SCI on cognition, depressive-like behavior, and brain inflammation. SCI caused spatial and retention memory impairment and depressive-like behavior, as evidenced by poor performance in the Morris water maze, Y-maze, novel objective recognition, step-down passive avoidance, tail suspension, and sucrose preference tests. SCI caused chronic microglial activation in the hippocampus and cerebral cortex, where microglia with hypertrophic morphologies and M1 phenotype predominated. Stereological analyses showed significant neuronal loss in the hippocampus at 12 weeks but not 8 d after injury. Increased cell-cycle-related gene (cyclins A1, A2, D1, E2F1, and PCNA) and protein (cyclin D1 and CDK4) expression were found chronically in hippocampus and cerebral cortex. Systemic administration of the selective cyclin-dependent kinase inhibitor CR8 after SCI significantly reduced cell cycle gene and protein expression, microglial activation and neurodegeneration in the brain, cognitive decline, and depression. These studies indicate that SCI can initiate a chronic brain neurodegenerative response, likely related to delayed, sustained induction of M1-type microglia and related cell cycle activation, which result in cognitive deficits and physiological depression.

ABSTRACT Hyperactivated glycolysis, favoring uncontrolled growth and metastasis by producing essential metabolic intermediates engaging bioenergetics and biosynthesis, is a metabolic hallmark of most cancer cells. Although sporadic information has revealed glycolytic metabolites also possess non-metabolic function as signaling molecules, it remains largely elusive how these metabolites interact with and functionally regulate their binding targets. Here we introduce a Target Responsive Accessibility Profiling (TRAP) approach that measures ligand binding-induced steric hindrance in protein targets via global profiling accessibility changes in reactive lysines, and mapped 913 target candidates and 2,487 interactions for 10 major glycolytic metabolites in cancer cells via TRAP. The elucidated targetome uncovers diverse regulatory modalities of glycolytic metabolites involving the direct perturbation of carbohydrate metabolism enzymes, intervention of transcriptional control, modulation of proteome-level acetylation and protein complex assemblies. The advantages gained from glycolysis by cancer cells are expanded by discovering lactate as a ligand for an orphan transcriptional regulator TRIM 28 that promotes p53 degradation, and by identifying pyruvate acting against a cell apoptosis inducer trichostatin A via attenuating protein acetylation. Lastly, the inhibition of glycolytic key enzymes led to identify an intrinsically active glycolytic intermediate glyceraldehyde 3-phosphate that elicits its cytotoxicity by engaging with ENO1 and MTHFD1. Collectively, the glycolytic targetome depicted by TRAP constitutes a fertile resource for understanding how glycolysis finely tunes metabolism and signaling in support of cancer cells, and fostering the exploitation of glycolytic targetome as promising nodes for anti-cancer therapeutics development.

Abstract DNA sequencing technologies are providing new insights into the immune response by allowing the large scale sequencing of rearranged immunoglobulin gene present in an individual, however the applications of this approach are limited by the lack of methods for determining the antigen(s) that an immunoglobulin encoded by a given sequence binds to. Computational methods for predicting antibody-antigen interactions that leverage structure prediction and docking have been proposed, however these methods require knowledge of the 3D structures. As a step towards the development of a machine learning method suitable for predicting antibody-antigen binding affinities from sequence data, a weighted nearest neighbor machine learning approach was applied to the problem. A prediction program was coded in Python and evaluated using cross-validation on a dataset of 600 antibodies interacting with 50 antigens. The classification predicting accuracy was around 76% for this dataset. These results provide a useful frame of reference as well as protocols and considerations for machine learning and dataset creation in this area. Both the dataset (in csv format) and the machine learning program (coded in python) are freely available for download.

Abstract Acute myeloid leukemia (AML) is a fatal disease characterized by a bleak prognosis. For over four decades, treatment options for AML have been constrained to administering high-dose cytotoxic chemotherapy. However, the emergence of drug resistance and the resultant toxic side effects have created an urgent necessity for identifying novel therapeutic targets. In this study, non-receptor protein tyrosine phosphatase type 2 (PTPN2) is highly expressed in AML. Remarkably, knock down of PTPN2 expression markedly mitigated AML burden both in vitro and in vivo. Additionally, we unveiled the direct interaction between PTPN2 and C-MYC, establishing C-MYC as a direct acting substrate of PTPN2. Then, we performed a small-molecule compound screening to identify K73, a selective inhibitor of PTPN2. At the same time, K73 showed a good safety profile and exhibited strong activity against AML in vivo. In conclusion, we have pinpointed a considerable therapeutic potential in targeting PTPN2 for AML treatment and discovered a novel class of selective PTPN2 inhibitors suitable for AML therapy.

Caspase-4 directly senses and is activated by cytosolic LPS in conditions of pathogen infection. It is unclear whether and how caspase-4 detects host derived factors for triggering pyroptosis. Here we show that mitochondrial permeability transition (MPT) promotes the assembly of a protein complex comprised of Apaf-1 and caspase-4 (caspase-11 in mice), defined herein as pyroptosome, for the execution of facilitated pyroptosis. MPT induced by bile acids and calcium overload, and specifically by an adenine nucleotide translocator 1 (ANT1) activator, triggered pyroptosome assembly. Different from the direct cleavage of GSDMD by LPS-activated caspase-4, caspase-4 activated in the Apaf-1 pyroptosome proceeds to cleave caspase-3 and thereby gasdermin E (GSDME) to induce pyroptosis. Caspase-11 initiated and GSDME executed pyroptosis underlies cholesteric liver failure. These findings identify Apaf-1 pyroptosome as a pivotal machinery for cells sensing MPT signals and may shed lights on understanding how cells execute pyroptosis under sterile conditions.Highlights eTOC Blurb Persistent mitochondrial permeability transition elicited by bile acids, calcium overload and specifically ANT1 activators drives assembly of Apaf-1-capase-4/11 pyroptosome triggering GSDME dependent pryroptosis.