Abstract The essential role of store-operated Ca 2+ entry (SOCE) through Ca 2+ release-activated Ca 2+ (CRAC) channels in T cells is well established. In contrast, the contribution of individual Orai isoforms to SOCE and their downstream signaling functions in B cells are poorly understood. Here, we demonstrate changes in expression of Orai isoforms in response to B cell activation. We show that Orai3 and Orai1 are essential components of native CRAC channels in B cells and are critical for primary B cell proliferation and survival. The combined loss of Orai1 and Orai3 strongly impairs SOCE, nuclear factor for activated T cells (NFAT) activation, mitochondrial respiration, glycolysis, and the metabolic reprogramming of B cells in response to antigenic stimulation. Our results clarify the molecular composition and cellular functions of SOCE in B lymphocytes.

Summary Invertebrates express one endoplasmic reticulum (ER)-resident Ca 2+ -sensing stromal-interaction molecule (Stim) and one Orai plasma membrane channel protein. Stim conveys store depletion to Orai, mediating the evolutionarily conserved Ca 2+ release-activated Ca 2+ (CRAC) current. The crucial role of their vertebrate homologues, STIM1 and Orai1 in mediating CRAC activity in mammals is well-established. However, mammals possess two STIM and three Orai isoforms and the choreography of their interactions under physiological receptor activation is unknown. We show that the five mammalian STIM1/2 and Orai1/2/3 isoforms have non-redundant functions. Yet, all five isoforms are always required together to ensure the graded diversity of mammalian Ca 2+ signaling events in response to the full spectrum of agonist strengths. Receptor-activated Ca 2+ signaling across the range of stimulus intensities requires functional interactions between not only STIM1/2 and Orai1/2/3, but also IP 3 R, ensuring that receptor-mediated Ca 2+ release is precisely tailored to Ca 2+ entry and activation of nuclear factor of activated T-cells (NFAT). This is orchestrated by two interdependent and counterbalancing paradigms: the N-termini Ca 2+ -binding ER-luminal domains of unactivated STIM1/2 inhibit IP 3 R-evoked Ca 2+ release. Gradual increase in agonist intensity leads to gradual STIM1/2 activation and relief of IP 3 R inhibition. Concomitantly, the cytosolic C-termini of activated STIM1/2 differentially interact with Orai1/2/3 proteins as agonist intensity increases. Thus, coordinated and omnitemporal functions of all five STIM/Orai proteins and IP 3 Rs at the ER-lumen and cytosol translate the strength of agonist stimulation to precise levels of Ca 2+ release, Ca 2+ entry and NFAT induction, ensuring the diversity and fidelity of complex mammalian Ca 2+ signaling. Highlights All five STIM/Orai and IP 3 R are always required together in mammalian Ca 2+ signalling Unactivated STIM1/2 inhibit IP 3 R and activated STIM1/2 cooperatively activate Orai1/2/3 STIM1 contribution increases and that of STIM2 decreases as agonist intensifies Graded IP 3 R disinhibition and Orai activation tailor receptor activity to NFAT induction

Summary Despite the established role of mitochondria in tumorigenesis, the molecular mechanisms by which mitochondrial Ca 2+ (mtCa 2+ ) signaling regulates tumor growth and metastasis remain unknown. The crucial role of mtCa 2+ in tumorigenesis is highlighted by the altered expression of proteins mediating mtCa 2+ uptake and extrusion in cancer cells. Here, we demonstrate that expression of the mitochondrial Na + /Ca 2+ exchanger NCLX ( SLC8B1 ) is decreased in colorectal tumors and is associated with advanced-stage disease in patients. We reveal that downregulation of NCLX leads to mtCa 2+ overload, mitochondrial depolarization, mitophagy, and reduced tumor size. Concomitantly, NCLX downregulation drives metastatic spread, chemoresistance, the expression of epithelial-to-mesenchymal transition (EMT), hypoxia, and stem cell pathways. Mechanistically, mtCa 2+ overload leads to an increase in mitochondrial reactive oxygen species (mtROS) which activates HIF1α signaling supporting the metastatic behavior of tumor cells lacking NCLX. Our results reveal that loss of NCLX expression is a novel driver of metastatic progression, indicating that control of mtCa 2+ levels is a novel therapeutic approach in metastatic colorectal cancer. Highlights The expression of NCLX is decreased in colorectal tumors and is associated with advanced-stage disease in patients. NCLX plays a dichotomous role in colorectal tumor growth and metastasis. NCLX downregulation causes mitophagy and reduced colorectal cancer tumor growth. NCLX downregulation induces stemness, chemoresistance and metastasis through mtCa 2+ /ROS/HIF1α signaling axis. Graphical Abstract Significance Mitochondrial Ca 2+ (mtCa 2+ ) homeostasis is essential for cellular metabolism and growth and plays a critical role in cancer progression. mtCa 2+ uptake is mediated by an inner membrane protein complex containing the mitochondrial Ca 2+ uniporter (MCU). mtCa 2+ uptake by the MCU is followed by a ∼100-fold slower mtCa 2+ extrusion mediated by the inner mitochondrial membrane ion transporter, the mitochondrial Na + /Ca 2+ exchanger NCLX. Because NCLX is a slower transporter than the MCU, it is a crucial rate-limiting factor of mtCa 2+ homeostasis that cannot easily be compensated by another Ca 2+ transport mechanism. This represents the first study investigating the role of NCLX in tumorigenesis and metastasis. We demonstrate for the first time that colorectal cancers exhibit loss of NCLX expression and that this is associated with advanced-stage disease. Intriguingly, decreased NCLX function has a dichotomous role in colorectal cancer. Thus, we reveal that NCLX loss leads to reduced primary tumor growth and overall tumor burden in vivo . Yet, the consequential increases in mtCa 2+ elicit pro-survival, hypoxic and gene transcription pathways that enhance metastatic progression. This dichotomy is a well-established feature of chemoresistant and recurrent tumor cells including cancer stem cells. Moreover, the downstream changes elicited by NCLX loss are reminiscent of mesenchymal colorectal cancer subtypes that display poor patient survival. Our data indicate that the demonstrated changes to the mtCa 2+ /mtROS/HIF1α signaling axis elicited through the loss of NCLX are a key adaptation and driver of metastatic colorectal cancer.

Abstract Mitochondrial Ca 2+ uptake is crucial for coupling receptor stimulation to cellular bioenergetics. Further, Ca 2+ uptake by respiring mitochondria prevents Ca 2+ -dependent inactivation (CDI) of store-operated Ca 2+ release-activated Ca 2+ (CRAC) channels and inhibits Ca 2+ extrusion to sustain cytosolic Ca 2+ signaling. However, how Ca 2+ uptake by the mitochondrial Ca 2+ uniporter (MCU) shapes receptor-evoked interorganellar Ca 2+ signaling is unknown. Here, we generated several cell lines with MCU-knockout (MCU-KO) as well as tissue-specific MCU-knockdown mice. We show that mitochondrial depolarization, but not MCU-KO, inhibits store-operated Ca 2+ entry (SOCE). Paradoxically, despite enhancing Ca 2+ extrusion and promoting CRAC channel CDI, MCU-KO increased cytosolic Ca 2+ in response to store depletion. Further, physiological agonist stimulation in MCU-KO cells led to enhanced frequency of cytosolic Ca 2+ oscillations, endoplasmic reticulum Ca 2+ refilling, NFAT nuclear translocation and proliferation. However, MCU-KO did not affect inositol-1,4,5-trisphosphate receptor activity. Mathematical modeling supports that MCU-KO enhances cytosolic Ca 2+ , despite limiting CRAC channel activity.

The endoplasmic reticulum (ER) stores large amounts of calcium (Ca2+), and the controlled release of ER Ca2+ regulates a myriad of cellular functions. Although altered ER Ca2+ homeostasis is known to induce ER stress, the mechanisms by which ER Ca2+ imbalance activate ER stress pathways are poorly understood. Stromal-interacting molecules STIM1 and STIM2 are two structurally homologous ER-resident Ca2+ sensors that synergistically regulate Ca2+ influx into the cytosol through Orai Ca2+ channels for subsequent signaling to transcription and ER Ca2+ refilling. Here, we demonstrate that reduced STIM2, but not STIM1, in colorectal cancer (CRC) is associated with poor patient prognosis. Loss of STIM2 causes SERCA2-dependent increase in ER Ca2+, increased protein translation and transcriptional and metabolic rewiring supporting increased tumor size, invasion, and metastasis. Mechanistically, STIM2 loss activates cMyc and the PERK/ATF4 branch of ER stress in an Orai-independent manner. Therefore, STIM2 and PERK/ATF4 could be exploited for prognosis or in targeted therapies to inhibit CRC tumor growth and metastasis.

Bacterial resistance to antibiotics is a growing problem that is projected to cause more deaths than cancer in 2050. Consequently, novel antibiotics are urgently needed. Since more than half of the available antibiotics target the bacterial ribosomes, proteins that are involved in protein synthesis are thus prime targets for the development of novel antibiotics. However, experimental identification of these potential antibiotic target proteins can be labor-intensive and challenging, as these proteins are likely to be poorly characterized and specific to few bacteria. In order to identify these novel proteins, we established a Large-Scale Transcriptomic Analysis Pipeline in Crowd (LSTrAP-Crowd), where 285 individuals processed 26 terabytes of RNA-sequencing data of the 17 most notorious bacterial pathogens. In total, the crowd processed 26,269 RNA-seq experiments and used the data to construct gene co-expression networks, which were used to identify more than a hundred uncharacterized genes that were transcriptionally associated with protein synthesis. We provide the identity of these genes together with the processed gene expression data. The data can be used to identify other vulnerabilities or bacteria, while our approach demonstrates how the processing of gene expression data can be easily crowdsourced.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.