Modulating cholesterol metabolism can improve CD8+ T-cell-mediated immunity against tumours; genetic or pharmacological inhibition of the cholesterol esterification enzyme ACAT1 led to higher plasma membrane cholesterol levels, better T-cell receptor clustering and signalling, improved immunological synapse maturation, and enhanced antitumour activity in mice. This study reports a new approach to cancer immunotherapy through the modulation of T cell cholesterol metabolism. Chenqi Xu and colleagues demonstrate that inhibition of the cellular cholesterol esterification pathway in mice, either by genetic ablation or by pharmacological inhibition of acetyl-CoA acetyltransferase 1 (ACAT1) and ACAT2, increases plasma membrane cholesterol levels, T-cell receptor clustering and signalling, and significantly potentiates the antitumour response of CD8+ T cells in mice. To test the potential of ACAT1 as a drug target for cancer immunotherapy, the authors treated melanoma-bearing mice with avasimibe, an ACAT inhibitor that has been used to treat atherosclerosis in clinical trials. An antitumour effect was observed and a combination of avasimibe and anti-PD-1 antibody was more effective than either alone. CD8+ T cells have a central role in antitumour immunity, but their activity is suppressed in the tumour microenvironment1,2,3,4. Reactivating the cytotoxicity of CD8+ T cells is of great clinical interest in cancer immunotherapy. Here we report a new mechanism by which the antitumour response of mouse CD8+ T cells can be potentiated by modulating cholesterol metabolism. Inhibiting cholesterol esterification in T cells by genetic ablation or pharmacological inhibition of ACAT1, a key cholesterol esterification enzyme5, led to potentiated effector function and enhanced proliferation of CD8+ but not CD4+ T cells. This is due to the increase in the plasma membrane cholesterol level of CD8+ T cells, which causes enhanced T-cell receptor clustering and signalling as well as more efficient formation of the immunological synapse. ACAT1-deficient CD8+ T cells were better than wild-type CD8+ T cells at controlling melanoma growth and metastasis in mice. We used the ACAT inhibitor avasimibe, which was previously tested in clinical trials for treating atherosclerosis and showed a good human safety profile6,7, to treat melanoma in mice and observed a good antitumour effect. A combined therapy of avasimibe plus an anti-PD-1 antibody showed better efficacy than monotherapies in controlling tumour progression. ACAT1, an established target for atherosclerosis, is therefore also a potential target for cancer immunotherapy.

Astroglial scars surround damaged tissue after trauma, stroke, infection, or autoimmune inflammation in the CNS. They are essential for wound repair, but also interfere with axonal regrowth. A better understanding of the cellular mechanisms, regulation, and functions of astroglial scar formation is fundamental to developing safe interventions for many CNS disorders. We used wild-type and transgenic mice to quantify and dissect these parameters. Adjacent to crush spinal cord injury (SCI), reactive astrocytes exhibited heterogeneous phenotypes as regards proliferation, morphology, and chemistry, which all varied with distance from lesions. Mature scar borders at 14 d after SCI consisted primarily of newly proliferated astroglia with elongated cell processes that surrounded large and small clusters of inflammatory, fibrotic, and other cells. During scar formation from 5 to 14 d after SCI, cell processes deriving from different astroglia associated into overlapping bundles that quantifiably reoriented and organized into dense mesh-like arrangements. Selective deletion of STAT3 from astroglia quantifiably disrupted the organization of elongated astroglia into scar borders, and caused a failure of astroglia to surround inflammatory cells, resulting in increased spread of these cells and neuronal loss. In cocultures, wild-type astroglia spontaneously corralled inflammatory or fibromeningeal cells into segregated clusters, whereas STAT3-deficient astroglia failed to do so. These findings demonstrate heterogeneity of reactive astroglia and show that scar borders are formed by newly proliferated, elongated astroglia, which organize via STAT3-dependent mechanisms to corral inflammatory and fibrotic cells into discrete areas separated from adjacent tissue that contains viable neurons.

Sterol regulatory element-binding proteins (SREBPs) are major transcription factors activating the expression of genes involved in biosynthesis of cholesterol, fatty acid and triglyceride. In this study, we identified a small molecule, betulin, that specifically inhibited the maturation of SREBP by inducing interaction of SREBP cleavage activating protein (SCAP) and Insig. Inhibition of SREBP by betulin decreased the biosynthesis of cholesterol and fatty acid. In vivo, betulin ameliorated diet-induced obesity, decreased the lipid contents in serum and tissues, and increased insulin sensitivity. Furthermore, betulin reduced the size and improved the stability of atherosclerotic plaques. Our study demonstrates that inhibition SREBP pathway can be employed as a therapeutic strategy to treat metabolic diseases including type II diabetes and atherosclerosis. Betulin, which is abundant in birch bark, could be a leading compound for development of drugs for hyperlipidemia.

Summary

 Sterol-regulated ubiquitination is an obligatory step in ER-associated degradation (ERAD) of HMG CoA reductase, a rate-limiting enzyme in cholesterol synthesis. Accelerated degradation of reductase, one of several strategies animal cells use to limit production of cholesterol, requires sterol-induced binding of the enzyme to ER membrane proteins called Insigs. Once formed, the reductase-Insig complex is recognized by a putative membrane-associated ubiquitin ligase (E3) that mediates the reductase ubiquitination reaction. Here, we show that gp78, a membrane bound E3, binds to Insig-1 and is required for sterol-regulated ubiquitination of reductase. In addition, gp78 couples regulated ubiquitination to degradation of reductase by binding to VCP, an ATPase that plays a key role in recognition and degradation of ERAD substrates. The current results identify gp78 as the E3 that initiates sterol-accelerated degradation of reductase, and Insig-1 as a bridge between gp78/VCP and the reductase substrate.

Niemann-Pick C1-like 1 (NPC1L1) is a polytopic transmembrane protein that plays a critical role in cholesterol absorption. Ezetimibe, a hypocholesterolemic drug, has been reported to bind NPC1L1 and block cholesterol absorption. However, the molecular mechanism of NPC1L1-mediated cholesterol uptake and how ezetimibe inhibits this process are poorly defined. Here we find that cholesterol specifically promotes the internalization of NPC1L1 and that this process requires microfilaments and the clathrin/AP2 complex. Blocking NPC1L1 endocytosis dramatically decreases cholesterol internalization, indicating that NPC1L1 mediates cholesterol uptake via its vesicular endocytosis. Ezetimibe prevents NPC1L1 from incorporating into clathrin-coated vesicles and thus inhibits cholesterol uptake. Together, our data suggest a model wherein cholesterol is internalized into cells with NPC1L1 through clathrin/AP2-mediated endocytosis and ezetimibe inhibits cholesterol absorption by blocking the internalization of NPC1L1.

Cholesterol is dynamically transported among organelles, which is essential for multiple cellular functions. However, the mechanism underlying intracellular cholesterol transport has remained largely unknown. We established an amphotericin B-based assay enabling a genome-wide shRNA screen for delayed LDL-cholesterol transport and identified 341 hits with particular enrichment of peroxisome genes, suggesting a previously unappreciated pathway for cholesterol transport. We show dynamic membrane contacts between peroxisome and lysosome, which are mediated by lysosomal Synaptotagmin VII binding to the lipid PI(4,5)P2 on peroxisomal membrane. LDL-cholesterol enhances such contacts, and cholesterol is transported from lysosome to peroxisome. Disruption of critical peroxisome genes leads to cholesterol accumulation in lysosome. Together, these findings reveal an unexpected role of peroxisome in intracellular cholesterol transport. We further demonstrate massive cholesterol accumulation in human patient cells and mouse model of peroxisomal disorders, suggesting a contribution of abnormal cholesterol accumulation to these diseases.

The endoplasmic reticulum enzyme 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase produces mevalonate, which is converted to sterols and to other products, including geranylgeraniol groups attached to proteins. The enzyme is known to be ubiquitinated and rapidly degraded when sterols and nonsterol end products of mevalonate metabolism accumulate in cells. Here, we use RNA interference to show that sterol-accelerated ubiquitination of reductase requires Insig-1 and Insig-2, membrane-bound proteins of the endoplasmic reticulum that were shown previously to accelerate degradation of reductase when overexpressed by transfection. Alanine substitution experiments reveal that binding of reductase to Insigs and subsequent ubiquitination require the tetrapeptide sequence YIYF in the second membrane-spanning helix of reductase. The YIYF peptide is also found in the sterol-sensing domain of SCAP, another protein that binds to Insigs in a sterol-stimulated fashion. When lysine 248 of reductase is substituted with arginine, Insig binding persists, but the reductase is no longer ubiquitinated and degradation is markedly slowed. Lysine 248 is predicted to lie immediately adjacent to a membrane-spanning helix, suggesting that a membrane-bound ubiquitin transferase is responsible. Finally, we show that Insig-dependent, sterol-stimulated degradation of reductase is further accelerated when cells are also supplied with the 20-carbon isoprenoid geranylgeraniol, but not the 15-carbon farnesol, raising the possibility that the nonsterol potentiator of reductase regulation is a geranylgeranylated protein.

Cancer cells are known to execute reprogramed metabolism of glucose, amino acids and lipids. Here, we report a significant role of cholesterol metabolism in cancer metastasis. By using label-free Raman spectromicroscopy, we found an aberrant accumulation of cholesteryl ester in human pancreatic cancer specimens and cell lines, mediated by acyl-CoA cholesterol acyltransferase-1 (ACAT-1) enzyme. Expression of ACAT-1 showed a correlation with poor patient survival. Abrogation of cholesterol esterification, either by an ACAT-1 inhibitor or by shRNA knockdown, significantly suppressed tumor growth and metastasis in an orthotopic mouse model of pancreatic cancer. Mechanically, ACAT-1 inhibition increased intracellular free cholesterol level, which was associated with elevated endoplasmic reticulum stress and caused apoptosis. Collectively, our results demonstrate a new strategy for treating metastatic pancreatic cancer by inhibiting cholesterol esterification.