Summary Autophagy-lysosomal impairment is an early and prominent feature of neurodegeneration. Autophagy activation reduces protein aggregates and lipid level abnormalities. We performed a high-content imaging-based screen assessing 940,000 small molecules to identify those that reduce lipid droplet numbers. Of 77 validated, structurally diverse hits, 24 increased autophagy flux reporter activity, consistent with accelerated lipid droplet clearance by lipophagy. Of these, we show that CCT020312 activates autophagy independently of mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibition, to avoid immunosuppression. CCT020312 reduced insoluble phosphorylated tau levels and tau-mediated neuronal stress vulnerability, as well as reducing intracellular Aβ levels within directly induced neurons bearing epigenetic marks of aging derived from Alzheimer’s patient fibroblasts. Moreover, CCT020312 cleared mutant prion protein aggregates and normalized trafficking deficiencies in axons of a cellular model of familial prion disease. Autophagy is widely considered a promising strategy to attenuate neurodegeneration, and here we introduce a strategy to discover new pharmacology.

Abstract Disrupted circadian rhythmicity is a prominent feature of modern society and has been designated as a probable carcinogen by the World Health Organization. However, the biological mechanisms that connect circadian disruption and cancer risk remain largely undefined. We demonstrate that exposure to chronic circadian disruption (chronic jetlag, CJL) increases tumor burden in a mouse model of KRAS-driven lung cancer. Molecular characterization of tumors and tumor-bearing lung tissues revealed that CJL enhances the expression of heat shock factor 1 (HSF1) target genes. Consistently, exposure to CJL disrupted the highly rhythmic nuclear trafficking of HSF1 in the lung, resulting in an enhanced accumulation of HSF1 in the nucleus. HSF1 has been shown to promote tumorigenesis in other systems, and we find that pharmacological inhibition of HSF1 reduces the growth of KRAS-mutant human lung cancer cells. These findings implicate HSF1 as a molecular link between circadian disruption and enhanced tumorigenesis.

Summary Crosstalk between metabolism and stress-responsive signaling is essential to maintaining cellular homeostasis. One way this crosstalk is achieved is through the covalent modification of proteins by endogenous, reactive metabolites that regulate the activity of key stress-responsive transcription factors such as NRF2. Several metabolites including methylglyoxal, glyceraldehyde 3-phosphate, fumarate, and itaconate covalently modify sensor cysteines of the NRF2 regulatory protein KEAP1, resulting in stabilization of NRF2 and activation of its cytoprotective transcriptional program. Here, we employed a shRNA-based screen targeting the enzymes of central carbon metabolism to identify additional regulatory nodes bridging metabolic pathways to NRF2 activation. We found that succinic anhydride, increased by genetic depletion of the TCA cycle enzyme succinyl-CoA synthetase or by direct administration, results in N-succinylation of lysine 131 of KEAP1 to activate NRF2 transcriptional signaling. This study identifies KEAP1 as capable of sensing reactive metabolites not only by several cysteine residues but also by a conserved lysine residue, indicating its potential to sense an expanded repertoire of reactive metabolic messengers.

Abstract Disruption of circadian rhythms increases the risk of several types of cancer. Mammalian cryptochromes (CRY1 and CRY2) are circadian transcriptional repressors that are related to DNA repair enzymes. While CRYs lack DNA repair activity, they modulate the transcriptional response to DNA damage, and CRY2 can promote SCF FBXL3 -mediated ubiquitination of c-MYC and other targets. Here, we characterize five mutations in CRY2 observed in human cancers in The Cancer Genome Atlas. We demonstrate that two orthologous mutations of mouse CRY2 (D325H and S510L) accelerate the growth of primary mouse fibroblasts expressing high levels of c-MYC. Neither mutant affects steady state levels of overexpressed c-MYC, and they have divergent impacts on circadian rhythms and on the ability of CRY2 to interact with SCF FBXL3 . Unexpectedly, stable expression of either CRY2 D325H or of CRY2 S510L robustly suppresses P53 target gene expression, suggesting that this is the primary mechanism by which they influence cell growth.