The occurrence of endoplasmic reticulum (ER) stress in the sporadic form of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is unknown, despite it has been recently documented in experimental models of the familial form. Here we show that spinal cord from patients with sporadic ALS showed signs of ER stress, such as increased levels of ER chaperones such as protein-disulfide isomerase, and increased phosphorylation of eukaryotic initiation factor 2α (eIF2α). Among the potential causes of such ER stress proteasomal impairment was confirmed in the same samples by demonstrating increased ubiquitin immunoreactivity and increased protein lipoxidative (125%), glycoxidative (55%) and direct oxidative damage (62%) over control values, as evidenced by mass-spectrometry and immunological methods. We found that protein oxidative damage was strongly associated to ALS-specific changes in fatty acid concentrations, specifically of n-3 series (as docosahexaenoic acid), and in the amount of mitochondrial components as respiratory complexes I and III, suggesting a mitochondrial dysfunction leading to increased free radical production. Oxidative stress was also evidenced in frontal cortex, suggesting that this region is affected early in ALS. As those events were partially reproduced by threohydroxyaspartate exposure in organotypic spinal cord cultures, we concluded that changes in fatty acid composition, mitochondrial function and proteasome activity, which may be driven by excitotoxicity, lead to oxidative stress and finally contribute to ER stress in sporadic ALS.

Non-alcoholic fatty liver is the most common liver disease worldwide. Here, we show that the mitochondrial protein mitofusin 2 (Mfn2) protects against liver disease. Reduced Mfn2 expression was detected in liver biopsies from patients with non-alcoholic steatohepatitis (NASH). Moreover, reduced Mfn2 levels were detected in mouse models of steatosis or NASH, and its re-expression in a NASH mouse model ameliorated the disease. Liver-specific ablation of Mfn2 in mice provoked inflammation, triglyceride accumulation, fibrosis, and liver cancer. We demonstrate that Mfn2 binds phosphatidylserine (PS) and can specifically extract PS into membrane domains, favoring PS transfer to mitochondria and mitochondrial phosphatidylethanolamine (PE) synthesis. Consequently, hepatic Mfn2 deficiency reduces PS transfer and phospholipid synthesis, leading to endoplasmic reticulum (ER) stress and the development of a NASH-like phenotype and liver cancer. Ablation of Mfn2 in liver reveals that disruption of ER-mitochondrial PS transfer is a new mechanism involved in the development of liver disease.

Abstract The human intestine is home to a diverse range of bacterial and fungal species, forming an ecological community that contributes to normal physiology and disease susceptibility. Here, the fungal microbiota (mycobiome) in obese and non-obese subjects was characterized using Internal Transcribed Spacer (ITS)-based sequencing. The results demonstrate that obese patients could be discriminated by their specific fungal composition, which also distinguished metabolically “healthy” from “unhealthy” obesity. Clusters according to genus abundance co-segregated with body fatness, fasting triglycerides and HDL-cholesterol. A preliminary link to metabolites such as hexadecanedioic acid, caproic acid and N-acetyl-L-glutamic acid was also found. Mucor racemosus and M. fuscus were the species more represented in non-obese subjects compared to obese counterparts. Interestingly, the decreased relative abundance of the Mucor genus in obese subjects was reversible upon weight loss. Collectively, these findings suggest that manipulation of gut mycobiome communities might be a novel target in the treatment of obesity.

The microbiota-gut-brain axis has emerged as a novel target in depression, a disorder with low treatment efficacy. However, the field is dominated by underpowered studies focusing on major depression not addressing microbiome functionality, compositional nature, or confounding factors. We applied a multi-omics approach combining pre-clinical models with three human cohorts including patients with mild depression. Microbial functions and metabolites converging onto glutamate/GABA metabolism, particularly proline, were linked to depression. High proline consumption was the dietary factor with the strongest impact on depression. Whole-brain dynamics revealed rich club network disruptions associated with depression and circulating proline. Proline supplementation in mice exacerbated depression along with microbial translocation. Human microbiota transplantation induced an emotionally impaired phenotype in mice and alterations in GABA-, proline-, and extracellular matrix-related prefrontal cortex genes. RNAi-mediated knockdown of proline and GABA transporters in Drosophila and mono-association with L. plantarum, a high GABA producer, conferred protection against depression-like states. Targeting the microbiome and dietary proline may open new windows for efficient depression treatment.

Abstract Aims Non-targeted lipidomics analysis was conducted in post-mortem human frontal cortex area 8 (GM) and white matter of the frontal lobe centrum semi-ovale (WM) to identify lipidomes in middle-aged individuals with no neurofibrillary tangles and senile plaques, and cases at progressive stages of sporadic Alzheimer’s disease (sAD). Methods Lipidomic analysis using an LC-MS/MS platform was carried out in selected cases with suitable post-mortem lacking co-morbidities and concomitant brain pathologies. Complementary data were obtained using RT-qPCR and immunohistochemistry. Results The WM shows an adaptive lipid phenotype resistant to lipid peroxidation, characterized by a lower fatty acid unsaturation, peroxidizability index, and higher ether lipid content than the GM. Changes in the lipidomic profile more marked in the WM than in GM occur in AD with disease progression. WM alterations are characterized by a decline in the content of branched fatty acid esters of hydroxy fatty acids (FAHFA), diacylglycerols (DG), triacylglycerols (TG), glycerophospholipids (GP) (especially ether lipids), and sphingolipids (especially sulfatides, ceramides, and glycosphingolipids). The GM acquires a fatty acid profile prone to peroxidation in sAD, while WM reinforces its peroxidation-resistant trait. Transcriptomic data point to additional defects of peroxisomal function. Conclusions Four functional categories are associated with the different lipid classes affected in sAD: membrane structural composition, bioenergetics, antioxidant protection, and bioactive lipids, with deleterious consequences affecting both neurons and glial cells favoring disease progression.

Agave spp. is widely analyzed because several functional properties have been described. Some minor bioactive compounds such as polyphenols, saponins and Maillard compounds produced during extraction procedures have been reported to exert antioxidant properties. The objective of this study was to elucidate the antioxidant properties of three different Agave atrovirens extracts in a HepG2 cell culture assay. The three extracts analyzed mostly showed antioxidant properties with an increase in NRF2 content in nuclear extracts. However, a differential response was observed in the reduction of protein oxidative damage in the three extracts analyzed, the crude extract being the one that mainly induced a reduction in oxidative damage. Metabolomic analysis was performed to elucidate the potential molecules responsible for the antioxidant properties, where 2-amino-4-methylphenol could be the main candidate responsible for inducing the transcription of cellular antioxidant response elements. It could be concluded that crude extract of Agave atrovirens may increase the cellular antioxidant defense system, with a reduction in oxidative damage.

Abstract Centenarians and their relatives possess a notable survival advantage, with higher longevity and reduced susceptibility to major age‐related diseases. To date, characteristic omics profiles of centenarians have been described, demonstrating that these individuals with exceptional longevity regulate their metabolism to adapt and incorporate more resilient biomolecules into their cells. Among these adaptations, the lipidomic profile stands out. However, it has not yet been determined whether this lipidomic profile is specific to centenarians or is the consequence of extreme longevity genetics and is also present in centenarians' offspring. This distinction is crucial for defining potential therapeutic targets that could help delay the aging process and associated pathologies. We applied mass‐spectrometry‐based techniques to quantify 569 lipid species in plasma samples from 39 centenarians, 63 centenarians' offspring, and 69 noncentenarians' offspring without familial connections. Based on this profile, we calculated different indexes to characterize the functional and structural properties of plasma lipidome. Our findings demonstrate that extreme longevity genetics (centenarians and centenarians' offspring) determines a specific lipidomic signature characterized by (i) an enrichment of hexosylceramides, (ii) a decrease of specific species of ceramides and sulfatides, (iii) a global increase of ether‐PC and ether‐LPC, and (iv) changes in the fluidity and diversity of specific lipid classes. We point out the conversion of ceramides to hexosylceramides and the maintenance of the levels of the ether‐linked PC as a phenotypic trait to guarantee extreme longevity. We propose that this molecular signature is the result of an intrinsic adaptive program that preserves protective mechanisms and cellular identity.

In this pilot study, we show that nuclei in spinal cord from ALS patients exhibit a differential lipidomic signature. Among the differential lipid species we could annotate 41 potential identities. These comprise membrane-bound lipids such as phosphatidylethanolamines -including plasmalogens- and phosphatidylcholines but also other lipid classes such as glycosphingolipids, diacylglycerols, and triacylglycerides (potentially present as nuclear lipid droplets). These results were orthogonally validated by showing loss of alkyldihydroxyacetonephosphate synthase (AGPS), a key peroxisomal enzyme in plasmalogen synthesis, both in ALS necropsy samples, in human motor neurons derived from iPSC from ALS patients and in hSOD-G93A transgenic mice. Further, diacylglycerol content changes were associated to ALS-linked variations in related-enzymes, such as phospholipase C βI (PLCβI), the source of nuclear diacylglycerol, and protein kinase CβII (PKCβII), whose function partially depends on nuclei concentration of diacylglycerol. These results point out for not only a role of nuclear membrane lipids but also to lipids present in the nucleoplasm, suggesting an undisclosed role for this part of the subcellular lipidome in ALS pathophysiology.