Abstract Postoperative pain affects most patients after major surgery and can transition to chronic pain. Here, we discovered that postoperative pain hypersensitivity correlated with markedly increased local levels of the metabolite BH4. Gene transcription and reporter mouse analyses after skin injury identified neutrophils, macrophages and mast cells as primary postoperative sources of GTP cyclohydrolase-1 ( Gch1 ) expression, the rate-limiting enzyme in BH4 production. While specific Gch1 deficiency in neutrophils or macrophages had no effect, mice deficient in mast cells or mast cell-specific Gch1 showed drastically decreased postoperative pain after surgery. Skin injury induced the nociceptive neuropeptide substance P, which directly triggers the release of BH4-dependent serotonin in mouse and human mast cells. Substance P receptor blockade substantially ameliorated postoperative pain. Our findings underline the unique position of mast cells at the neuro-immune interface and highlight substance P-driven mast cell BH4 production as promising therapeutic targets for the treatment of postoperative pain.

Summary N-glycosylation is one of the most common protein modifications in eukaryotes, with immense importance at the molecular, cellular, and organismal level. Accurate and reliable N-glycan analysis is essential to obtain a systems-wide understanding of fundamental biological processes. Due to the structural complexity of glycans, their analysis is still highly challenging. Here we make publicly available a consistent N-glycome dataset of 20 different mouse tissues and demonstrate a multimodal data analysis workflow that allows for unprecedented depth and coverage of N-glycome features. This highly scalable, LC-MS/MS data-driven method integrates the automated identification of N-glycan spectra, the application of non-targeted N-glycome profiling strategies and the isomer-sensitive analysis of glycan structures. Our delineation of critical sub-structural determinants and glycan isomers across the mouse N-glycome uncovered tissue-specific glycosylation patterns, the expression of non-canonical N-glycan structures and highlights multiple layers of N-glycome complexity that derive from organ-specific regulations of glycobiological pathways.

Postoperative pain affects most patients after major surgery and can transition to chronic pain. The considerable side effects and limited efficacy of current treatments underline the need for new therapeutic options. We observed increased amounts of the metabolites BH4 and serotonin after skin injury. Mast cells were primary postoperative sources of Gch1 , the rate-limiting enzyme in BH4 synthesis, itself an obligate cofactor in serotonin production by tryptophan hydroxylase (Tph1). Mice deficient in mast cells or in mast cell–specific Gch1 or Tph1 showed drastically decreased postoperative pain. We found that injury induced the nociceptive neuropeptide substance P, mast cell degranulation, and granule nerve colocalization. Substance P triggered serotonin release in mouse and human mast cells, and substance P receptor blockade substantially ameliorated pain hypersensitivity. Our findings highlight the importance of mast cells at the neuroimmune interface and substance P–driven mast cell BH4 and serotonin production as a therapeutic target for postoperative pain treatment.

Abstract Immunotherapies have revolutionized treatment and management of cancers. However, the use of immune checkpoint inhibitors (ICIs) in breast cancer is limited due to lack of efficacy. Sialylation, the modification of glycans with sialic acid, is frequently upregulated in various cancer types and has potent immunoregulatory properties. However, its specific role in breast cancer immune evasion has remained largely elusive. Here, we show that breast cancer sialylation drives the recruitment of polymorphonuclear myeloid-derived suppressor cells to the tumor microenvironment and impedes tumor control by CD8+ T cells. Abrogation of tumor sialylation, either genetically or pharmacologically, facilitated CD8-mediated tumor control and recruitment of Tcf7+ memory T cells. Significantly, abrogation of sialylation sensitized PD-1-resistant breast tumors to immunotherapy. Sialylation interference was well-tolerated in mammary development and function. We further demonstrate that hyper-sialylation occurs in over half of human breast cancers tested and correlates with poor T cell infiltration. Our results establish sialylation as a central immunoregulator in breast cancer, orchestrating multiple pathways of immune evasion. Targeting this pathway converts immunologically inert tumors into mammary cancers that can be efficiently eliminated by immune checkpoint inhibitors.

Abstract C-type lectins are a large family of proteins with essential functions in both health and disease. In cancer, some C-type lectins have been found to both promote and inhibit tumor growth, but many of the C-type lectins still remain uncharacterised in a tumor context. Therefore, there is growing interst in further elucidating the mechanisms with which C-type lectins control tumor growth. Here, we report a key role of the CLEC18 family of C-type lectins in the progression of clear cell renal cell carcinoma (ccRCC). The CLEC18 family is conserved across the entire Chordata phylum with recent gene duplication events in humans. We found that CLEC18A is exclusively expressed in the proximal tubule of the kidney and the medial habenula of the brain. We further identified sulfonated glycosaminoglycans (GAGs) of proteoglycans as the main CLEC18A ligand, making them unique among C-type lectins. In ccRCC patients, high expression of the CLEC18 family lectins in the tumor are associated with improved survival. In mouse models of ccRCC, deletion of the mouse ortholog Clec18a resulted in enhanced tumor growth. Our results establishes CLEC18A as a novel and critical regulators of ccRCC tumor growth and highlights the potential benefit of modulating CLEC18 expression in the renal tumor microenvironment.

Abstract Clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) is the kidney malignancy with the highest incidence and mortality rates. Despite the high patient burden, there are no biomarkers for rapid diagnosis and public health surveillance. Urine would be an ideal source of ccRCC biomarkers due to the low invasiveness, easy accessibility, and the kidney’s intrinsic role in filtering urine. In the present work, by combining proteomics, lipidomics and metabolomics, we detected urogenital metabolic dysregulation in ccRCC patients with increased lipid metabolism, altered mitochondrial respiration signatures and increased urinary lipid content. Importantly, we identify three early-stage diagnostic biomarkers for ccRCC in urine samples: Serum amyloid A1 (SAA1), Haptoglobin (HP) and Lipocalin 15 (LCN15). We further implemented a parallel reaction monitoring mass spectrometry protocol for rapid and sensitive detection of SAA1, HP and LCN15 and combined all three proteins into a prognostic UrineScore. In our discovery cohort, this score had a performance accuracy of 96% in receiver operating characteristic curve (ROC) analysis for classification of ccRCC versus control cases. Our data identifies tractable and highly efficacious urinary biomarkers for ccRCC diagnosis and serve as a first step towards the development of more rapid and accessible urinary diagnostic platforms.

Reduced responsiveness of precursor B-acute lymphoblastic leukemia (BCP-ALL) to chemotherapy can be first detected in the form of minimal residual disease leukemia cells that persist after 28 days of initial treatment. The ability of these cells to resist chemotherapy is partly due to the microenvironment of the bone marrow, which promotes leukemia cell growth and provides protection, particularly under these conditions of stress. It is unknown if and how the glycocalyx of such cells is remodelled during the development of tolerance to drug treatment, even though glycosylation is the most abundant cell surface post-translational modification present on the plasma membrane. To investigate this, we performed