Abstract Ferroptosis is an iron-dependent, non-apoptotic form of cell death initiated by oxidative stress and lipid peroxidation. Recent evidence has linked ferroptosis to the action of the transcription factor Nuclear factor erythroid-2 derived,-like-1 (NFE2L1). NFE2L1 regulates proteasome abundance in an adaptive fashion, maintaining protein quality control to secure cellular homeostasis, but the regulation of NFE2L1 during ferroptosis and the role of the ubiquitin-proteasome system (UPS) herein are still unclear. In the present study, using an unbiased proteomic approach charting the specific ubiquitylation sites, we show that induction of ferroptosis leads to recalibration of the UPS. RSL3-induced ferroptosis inhibits proteasome activity and leads to global hyperubiquitylation, which is linked to NFE2L1 activation. As NFE2L1 resides in the endoplasmic reticulum tethered to the membrane, it undergoes complex posttranslational modification steps to become active and induce the expression of proteasome subunit genes. We show that proteolytic cleavage of NFE2L1 by the aspartyl protease DNA-damage inducible 1 homolog 2 (DDI2) is a critical step for the ferroptosis-induced feed-back loop of proteasome function. Cells lacking DDI2 cannot activate NFE2L1 in response to RSL3 and show global hyperubiquitylation. Genetic or chemical induction of ferroptosis in cells with a disrupted DDI2-NFE2L1 pathway diminishes proteasomal activity and promotes cell death. Also, treating cells with the clinical drug nelfinavir, which inhibits DDI2, sensitized cells to ferroptosis. In conclusion, our results provide new insight into the importance of the UPS in ferroptosis and highlight the role of the DDI2-NFE2L1 as a potential therapeutic target. Manipulating DDI2-NFE2L1 activity through chemical inhibition might help sensitizing cells to ferroptosis, thus enhancing existing cancer therapies. Graphical abstract

Abstract Objective Ferroptosis continues to emerge as a novel modality of cell death with important therapeutic implications for a variety of diseases, most notably cancer and degenerative diseases. While susceptibility, initiation, and execution of ferroptosis have been linked to reprogramming of cellular lipid metabolism, imbalances in iron-redox homeostasis, and aberrant mitochondrial respiration, the detailed mechanisms of ferroptosis are still insufficiently well understood. Methods and Results Here we show that diminished proteasome function is a new mechanistic feature of ferroptosis. The transcription factor nuclear factor erythroid-2, like-1 (NFE2L1) protects from ferroptosis by sustaining proteasomal activity. In cellular systems, loss of NFE2L1 reduced cellular viability after the induction of both chemically and genetically induced ferroptosis, which was linked to the regulation of proteasomal activity under these conditions. Importantly, this was reproduced in a Sedaghatian-type Spondylometaphyseal Dysplasia (SSMD) patient-derived cell line carrying mutated glutathione peroxidase-4 (GPX4), a critical regulator of ferroptosis. Also, reduced proteasomal activity was associated with ferroptosis in Gpx4 -deficient mice. In a mouse model for genetic Nfe2l1 deficiency, we observed brown adipose tissue (BAT) involution, hyperubiquitination of ferroptosis regulators, including the GPX4 pathway, and other hallmarks of ferroptosis. Conclusion Our data highlight the relevance of the NFE2L1-proteasome pathway in ferroptosis. Manipulation of NFE2L1 activity might enhance ferroptosis-inducing cancer therapies as well as protect from aberrant ferroptosis in neurodegeneration, general metabolism, and beyond. Graphical abstract Highlights Proteasome function is diminished during ferroptosis NFE2L1-mediated proteasomal activity protects from ferroptosis The ubiquitination of the GPX4-glutathione pathway is implicated in Nfe2l1 deficiency NFE2L1 deficiency in brown fat is associated with hallmarks of ferroptosis

Abstract Pemphigus vulgaris (PV) is a life-threatening blistering skin disease caused by autoantibodies (PV-IgG) destabilizing desmosomal adhesion. Current therapies focus on suppression of autoantibody formation and thus treatments directly stabilizing keratinocyte adhesion would fulfill an unmet medical need. We here demonstrate that apremilast, a phosphodiesterase 4 inhibitor used e.g. in psoriasis, prevents blistering in PV. Apremilast abrogated PV-IgG-induced loss of keratinocyte cohesion in ex-vivo epidermis and in vitro . This was paralleled by inhibition of keratin retraction and desmosome splitting but affected neither desmoglein (Dsg) depletion nor Dsg3 binding properties. Apremilast induced phosphorylation of plakoglobin at serine 665 – a mechanisms which is known to stabilize cardiomyocyte cohesion. Interestingly, keratinocytes phospho-deficient at this side showed altered organization of Dsg1, Dsg3 and keratin filaments and impaired adhesion, which was not rescued by apremilast. These data identified a new mechanism of desmosome regulation and propose that apremilast is protective in pemphigus by stabilizing keratinocyte cohesion.

Abstract Adipocytes are critical regulators of metabolism and energy balance. While white adipocyte dysfunction is a hallmark of obesity-associated disorders, the activation of thermogenic brown and beige adipocytes is linked to improved cardiometabolic health. As adipocytes dynamically adapt to environmental cues by functionally switching between white and thermogenic phenotypes, a molecular understanding of this adipocyte plasticity could help improving energy balance and weight loss. Here, we show that the long non-coding RNA (lncRNA) Apoptosis associated transcript in bladder cancer (AATBC) is a human-specific regulator of adipocyte plasticity. Searching for new human lncRNAs implicated in adipocyte biology we compared transcriptional profiles of human adipose tissues and cultured adipocytes and discovered that AATBC was enriched in thermogenic conditions. Using primary human adipocytes and immortalized human adipocytes we found that gain-of-function of AATBC enhanced the thermogenic phenotype whereas loss-of-function diminished this effect. The AATBC-mediated increase in mitochondrial respiration was linked to a more fragmented mitochondrial network and vice versa. While we found that AATBC is predominantly located in the nucleus, its effect on global transcription was only marginal. As AATBC is specific to humans, we expressed AATBC in adipose tissue of mice to study its systemic impact, which led to lower plasma leptin levels. Interestingly, this association was also present in human subjects, as AATBC in adipose tissue was inversely correlated with plasma leptin levels, body mass index and other measures of metabolic health. In conclusion, AATBC is a novel obesity-linked regulator of adipocyte plasticity and mitochondrial function in humans.

Abstract Muscle function is an important denominator of energy balance and metabolic health. Adapting the proteome to energetic challenges, in response to diet or fasting, is facilitated by programs of proteostasis, but the adaptive role of the ubiquitin-proteasome system (UPS) in muscle remains unclear. Here, using a multi-omics approach, we uncover that the distinct metabolic condition of obesity is associated with recalibration of the UPS in muscle. Interestingly, obesity is associated with the activation of the transcription factor Nuclear factor, erythroid derived 2,- like 1 (Nfe2l1, also known as Nrf1), and loss of myocyte Nfe2l1 diminishes proteasomal activity and leads to hyperubiquitylation. Mice lacking Nfe2l1 display hormetic energy metabolism and resistance to diet-induced obesity, associated with a lean phenotype and muscle fiber type switching. In conclusion, we define a new adaptive role for UPS in remolding of muscle proteome and function, which is controlled by fine-tuning of proteasome function by Nfe2l1.

Abstract Adipocytes are critical cornerstones of energy metabolism. While obesity-induced adipocyte dysfunction is associated with insulin resistance and systemic metabolic disturbances, adipogenesis, the formation of new adipocytes and healthy adipose tissue expansion are associated with metabolic benefits. Understanding the molecular mechanisms governing adipogenesis is of great clinical potential to efficiently restore metabolic health in obesity. Here we show that Heart- and neural crest derivatives-expressed protein 2 (HAND2) is an obesity-linked adipocyte transcription factor regulated by glucocorticoids and required for adipocyte differentiation in vitro . In a large cohort of humans with obesity, white adipose tissue (WAT) HAND2 expression was correlated to body-mass-index (BMI). The HAND2 gene was enriched in white adipocytes, induced early in differentiation and responded to dexamethasone, a typical glucocorticoid receptor (GR, encoded by NR3C1 ) agonist. Silencing of NR3C1 in human multipotent adipose-derived stem cells (hMADS) or deletion of GR in a transgenic conditional mouse model results in diminished HAND2 expression, establishing that adipocyte HAND2 is regulated by glucocorticoids via GR in vitro and in vivo . Using a combinatorial RNAseq approach we identified gene clusters regulated by the GR-HAND2 pathway. Interestingly, silencing of HAND2 impaired adipocyte differentiation in hMADS and primary mouse adipocytes. However, a conditional adipocyte Hand2 deletion mouse model using Cre under control of the Adipoq promoter did not mirror these effects on adipose tissue differentiation, indicating that Hand2 was required at stages prior to Adipoq expression. In summary, our study identifies HAND2 as a novel obesity-linked adipocyte transcription factor, highlighting new mechanisms of GR-dependent adipogenesis in human and mice.

While adipocytes are critical pillars of energy metabolism, their dysfunction is linked to adipose tissue (AT) inflammation, insulin resistance, and ectopic lipotoxicity in cardiometabolic diseases. However, the mechanisms causing adipocyte inflammation and insulin resistance remain unclear. Here, we show that excess cholesterol induces adipocyte dysfunction, which is suppressed by the transcription factor Nfe2l1 (nuclear factor erythroid derived-2, like-1). Nfe2l1 is required to sustain proteasome function in adipocytes and proteotoxic stress induces adipocyte inflammation via the activation of Atf3. In humans, the Nfe2l1-proteasome pathway is inversely correlated to body mass index (BMI) in an adipose-depot specific manner. In mice, loss of adipocyte Nfe2l1 caused AT inflammation with a pronounced infiltration of macrophages and T cells. Mice lacking adipocyte Nfe2l1 displayed severe adipocyte dysfunction during diet-induced obesity (DIO), characterized by lower adipokine levels, steatosis, glucose intolerance and insulin resistance. Nfe2l1∆AT mice on an Apoe-deficient (Apoe KO) background fed a cholesterol-rich Western Diet (WD), developed a lipoatrophy-like syndrome, dyslipidemia, and enhanced atherosclerosis. Our results reveal an important role for proteasome-mediated proteostasis in adipocytes and indicate that Nfe2l1 is linked to metabolic health in humans and preclinical mouse models. Promoting proteostasis in adipocytes may thus alleviate inflammation in obesity, potentially averting adverse cardiometabolic outcomes.