Cancer cells put ammonia back to work Ammonia, often considered a metabolic waste product, can be recycled to build new amino acids. Rapidly proliferating cells produce extracellular nitrogen. Spinelli et al. used metabolic tracing of 15 N to follow the fate of extracellular ammonia and its incorporation into more than 200 components of the nitrogen metabolome (see the Perspective by Dang). Accumulation of ammonia enabled glutamate dehydrogenase to function in reductive amination, which allowed incorporation of nitrogen from ammonia back into amino acids. Experiments in mice also showed incorporation of ammonia into glutamate, aspartate, and proline. Science , this issue p. 941 ; see also p. 862

Sphingolipids are structural membrane components and important eukaryotic signaling molecules. Sphingolipids regulate inflammation and immunity and were recently identified as the most differentially abundant metabolite in stool from inflammatory bowel disease (IBD) patients. Commensal bacteria from the Bacteroidetes phylum also produce sphingolipids, but the impact of these metabolites on host pathways is largely uncharacterized. To determine whether bacterial sphingolipids modulate intestinal health, we colonized germ-free mice with a sphingolipid-deficient Bacteroides thetaiotaomicron strain. A lack of Bacteroides-derived sphingolipids resulted in intestinal inflammation and altered host ceramide pools in mice. Using lipidomic analysis, we described a sphingolipid biosynthesis pathway and revealed a variety of Bacteroides-derived sphingolipids including ceramide phosphoinositol and deoxy-sphingolipids. Annotating Bacteroides sphingolipids in an IBD metabolomic dataset revealed lower abundances in IBD and negative correlations with inflammation and host sphingolipid production. These data highlight the role of bacterial sphingolipids in maintaining homeostasis and symbiosis in the gut.

Summary Hematopoietic stem cells (HSCs) have a number of unique physiologic adaptations that enable lifelong maintenance of blood cell production, including a highly regulated rate of protein synthesis. Yet the precise vulnerabilities that arise from such adaptations have not been fully characterized. Here, inspired by a bone marrow failure disorder due to loss of the histone deubiquitinase MYSM1, characterized by selectively disadvantaged HSCs, we show how reduced protein synthesis in HSCs results in increased ferroptosis. HSC maintenance can be fully rescued by blocking ferroptosis, despite no alteration in protein synthesis rates. Importantly, this selective vulnerability to ferroptosis not only underlies HSC loss in MYSM1 deficiency, but also characterizes a broader liability of human HSCs. Increasing protein synthesis rates via MYSM1 overexpression makes HSCs less susceptible to ferroptosis, more broadly illuminating the selective vulnerabilities that arise in somatic stem cell populations as a result of physiologic adaptations.

SUMMARY Genetic variation at the SLC16A11 locus contributes to the disproportionate impact of type 2 diabetes (T2D) on Latino populations. We recently demonstrated that T2D risk variants reduce SLC16A11 liver expression and function of MCT11, the monocarboxylate transporter encoded by the SLC16A11 gene. Here, we show that SLC16A11 expression within the liver is primarily localized to the low oxygen pericentral region, and that T2D risk variants disrupt oxygen-regulated SLC16A11 expression in human hepatocytes. Under physiologic oxygen conditions, MCT11 deficiency alters hepatocyte glucose metabolism, resulting in elevated intracellular lactate and a metabolic shift toward triacylglycerol accumulation. We also demonstrate an impact of Mct11 deficiency on glucose and lipid metabolism in Slc16a11 knockout mice, which display physiological changes that are observed in individuals with T2D. Our findings provide mechanistic insight into how SLC16A11 disruption impacts hepatic energy metabolism and T2D risk, and highlight MCT11-mediated regulation of lactate levels as a potential therapeutic target.

ABSTRACT Nontargeted LC-MS metabolomics datasets contain a wealth of information but present many challenges during analysis and processing. Often, more than two independently processed datasets must be aligned, but no software natively allows for this. To align two or more processed nontargeted datasets, we have created an open-source Python package called Eclipse. Eclipse uses a novel subalignment approach to model the whole alignment and has built-in graph aggregation options for reporting tabular data. Each subalignment independently transforms and scales feature descriptors (retention time, mass-to-charge ratio, average feature intensity) and scores feature matches in a data driven approach. Subalignments run independently, thus could be run in parallel or over time to construct large networks. Eclipse is fast (two datasets in 7 seconds, nine datasets in 39 seconds), workflow-agnostic, and customizable even for use outside of LC-MS datasets should a need arise. Eclipse is open source and available as part of our broader processing tools BMXP ( https://github.com/broadinstitute/bmxp ). Eclipse can be installed via the pip command “pip install bmxp”.

Parkinson's disease (PD) is the second most common neurodegenerative disorder and lacks disease-modifying therapies. We developed a Drosophila model for identifying novel glial-based therapeutic targets for PD. Human alpha-synuclein is expressed in neurons and individual genes are independently knocked down in glia. We performed a forward genetic screen, knocking down the entire Drosophila kinome in glia in alpha-synuclein expressing flies. Among the top hits were five genes (Ak1, Ak6, Adk1, Adk2, and awd) involved in adenosine metabolism. Knockdown of each gene improved locomotor dysfunction, rescued neurodegeneration, and increased brain adenosine levels. We determined that the mechanism of neuroprotection involves adenosine itself, as opposed to a downstream metabolite. We dove deeper into the mechanism for one gene, Ak1, finding rescue of dopaminergic neuron loss, alpha-synuclein aggregation, and bioenergetic dysfunction after glial Ak1 knockdown. We performed metabolomics in Drosophila and in human PD patients, allowing us to comprehensively characterize changes in purine metabolism and identify potential biomarkers of dysfunctional adenosine metabolism in people. These experiments support glial adenosine as a novel therapeutic target in PD.

Advances in metabolomics technologies have enabled comprehensive analyses of associations between metabolites and human disease and have provided a means to study biochemical pathways and processes in detail using model systems. Liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS) is an analytical technique commonly used by metabolomics labs to measure hundreds of metabolites of known identity and thousands of "peaks" from yet to be identified compounds that are tracked by their measured masses and chromatographic retention times. netome is a computational framework that provides tools for analyzing processed LC-MS data. In this framework, we develop and provide various computational resources including individual software modules to inspect and adjust trends in raw data, align unknown peaks between separately acquired data sets, and to remove redundancies in nontargeted LC-MS data arising from multiple ionization products of a single metabolite. These tools are deployed through computing resources such as web servers and virtual machines with detailed documentation in order to support researchers.

Bacterial vaginosis (BV), a common syndrome characterized by Lactobacillus-deficient vaginal microbiota, is associated with adverse health outcomes. BV often recurs after standard antibiotic therapy in part because antibiotics promote microbiota dominance by Lactobacillus iners instead of Lactobacillus crispatus, which has more beneficial health associations. Strategies to promote L. crispatus and inhibit L. iners are thus needed. We show that oleic acid (OA) and similar long-chain fatty acids simultaneously inhibit L. iners and enhance L. crispatus growth. These phenotypes require OA-inducible genes conserved in L. crispatus and related lactobacilli, including an oleate hydratase (ohyA) and putative fatty acid efflux pump (farE). FarE mediates OA resistance, while OhyA is robustly active in the vaginal microbiota and enhances bacterial fitness by biochemically sequestering OA in a derivative form only ohyA-harboring organisms can exploit. OA promotes L. crispatus dominance more effectively than antibiotics in an in vitro BV model, suggesting a metabolite-based treatment approach.

We assessed the association of pre-diagnostic plasma metabolites (N=420) with ovarian cancer risk. We included 252 cases and 252 matched controls from the Nurses’ Health Studies. Multivariable logistic regression was used to estimate odds ratios (OR) and 95% confidence intervals (CI) comparing the 90th-10th percentile in metabolite levels, using permutation tests to account for testing multiple correlated hypotheses. Weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) modules (n=10) and metabolite set enrichment analysis (MSEA; n=23) were also evaluated. Pseudouridine had the strongest statistical association with ovarian cancer risk overall (OR=2.56, 95%CI=1.48-4.45; p=0.001/adjusted-p=0.15). C36:2 phosphatidylcholine (PC) plasmalogen had the strongest statistical association with lower risk (OR=0.11, 95%CI=0.03-0.35; p<0.001/adjusted-p=0.06) and pseudouridine with higher risk (OR=9.84, 95%CI=2.89-37.82; p<0.001/adjusted-p=0.07) of non-serous tumors. Seven WGCNA modules and 15 classes were associated with risk at FDR≤0.20. Triacylglycerols (TAGs) showed heterogeneity by tumor aggressiveness (case-only heterogeneity-p<0.0001). TAG association with risk overall and serous tumors differed by acyl carbon content and saturation. Pseudouridine may be a novel risk factor for ovarian cancer. TAGs may also be important, particularly for rapidly fatal tumors, with associations differing by structural features. Validation in independent prospective studies and complementary experimental work to understand biological mechanisms is needed.

Bacterial vaginosis (BV), a common syndrome characterized by Lactobacillus -deficient vaginal microbiota, is associated with adverse health outcomes. BV often recurs after standard antibiotic therapy in part because antibiotics promote microbiota dominance by Lactobacillus iners instead of Lactobacillus crispatus , which has more beneficial health associations. Strategies to promote L. crispatus and inhibit L. iners are thus needed. We show that oleic acid (OA) and similar long-chain fatty acids simultaneously inhibit L. iners and enhance L. crispatus growth. These phenotypes require OA-inducible genes conserved in L. crispatus and related species, including an oleate hydratase ( ohyA ) and putative fatty acid efflux pump ( farE ). FarE mediates OA resistance, while OhyA is robustly active in the human vaginal microbiota and sequesters OA in a derivative form that only ohyA -harboring organisms can exploit. Finally, OA promotes L. crispatus dominance more effectively than antibiotics in an in vitro model of BV, suggesting a novel approach for treatment.