Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the causative agent of coronavirus disease (COVID-19), continues to be a pressing health concern. In this study, we investigated the impact of SARS-CoV-2 infection on host microRNA (miRNA) populations in three human lung-derived cell lines, as well as in nasopharyngeal swabs from SARS-CoV-2 infected individuals. We did not detect any major and consistent differences in host miRNA levels after SARS-CoV-2 infection. However, we unexpectedly discovered a viral miRNA-like small RNA, named vmiR-5p (for viral miRNA), derived from the SARS-CoV-2 ORF7a transcript. Its abundance ranges from low to moderate as compared to host miRNAs. vmiR-5p functionally associates with Argonaute proteins — core components of the RNA interference pathway — leading to downregulation of host transcripts. One such host messenger RNA encodes Basic Leucine Zipper ATF-Like Transcription Factor 2 (BATF2), which is linked to interferon signaling. We demonstrate that vmiR-5p production relies on cellular machinery, yet is independent of Drosha protein, and is enhanced by the presence of a strong and evolutionarily conserved hairpin formed within the ORF7a sequence. Significance statement We discovered that severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) expresses a small viral non-coding RNA, named vmiR-5p (for viral miRNA), derived from the ORF7a transcript. vmiR-5p associates with the cellular RNA interference machinery to regulate host transcripts likely via target silencing. The production of vmiR-5p relies on cellular machinery and the formation of a strong hairpin within ORF7a sequences. This newly-described vmiR-5p may contribute to SARS-CoV-2 pathogenesis and could become a target for therapeutic intervention.

Abstract Background Biological age (BA) closely depicts age-related changes at a cellular level. Type 2 Diabetes mellitus (T2D) accelerates BA when calculated using clinical biomarkers. However, there is a large spread of individual BA within these groups and it is unclear what clinical biomarkers correlate with different speeds of aging and whether pharmacological treatment of diabetes alter BA. We hypothesized that accelerated BA would be seen at the DNA methylation (DNAm) level, the gold standard to determine BA, and biomarkers and treatments would correlate the rate of BA in T2D. Methods Publicly available DNAm samples were obtained from the GEO NCBI database and the NHANES 2017-2018 and ACCORD Cohorts were used for our analysis. We used the DNA Methylation Phenotypic Age algorithm and the Klemera and Doubal (KDM) methods to calculate BA with DNA methylation and clinical biomarkers, respectively. Results DNAm showed increased BA in whole blood and pancreatic islets in T2D in aging-related pathways, such as DNA damage and inflammation. Using the NHANES and ACCORD Trial cohorts, we found that avoidance of fried and fatty foods, and vigorous activity correlated with decreased BA in T2D. Cardiovascular, glycemic, and inflammatory biomarkers associated with the rate of aging in DM. Intensive blood pressure and T2D treatment associated with a greater deceleration in the speed of aging as compared to the standard. Conclusions Overall, we show that certain tissues age faster in people with T2D and this strongly associates with blood glucose control, inflammation and cardiovascular health. Effective treatment of the disease can decelerate aging and decrease BA suggesting the latter as a novel and integrated index to evaluate and follow people with T2D. Funding This study was supported by Institutional Startup Funds to C.A.M. (Joslin Diabetes Center) and NIH grants P30 DK036836 Joslin Diabetes Research Center (Bioinformatic Core).

Abstract Pancreatic β-cells are specialized for coupling glucose metabolism to insulin peptide production and secretion. Acute glucose exposure robustly and coordinately increases translation of proinsulin and proteins required for secretion of mature insulin peptide. By contrast, chronically elevated glucose levels that occur during diabetes impair β-cell insulin secretion and have been shown experimentally to suppress insulin translation. Whether translation of other genes critical for insulin secretion are similarly downregulated by chronic high glucose is unknown. Here, we used high-throughput ribosome profiling and nascent proteomics in MIN6 insulinoma cells to elucidate the genome-wide impact of sustained high glucose on β-cell mRNA translation. Prior to induction of ER stress or suppression of global translation, sustained high glucose suppressed glucose-stimulated insulin secretion and downregulated translation of not only insulin, but also of mRNAs related to insulin secretory granule formation, exocytosis, and metabolism-coupled insulin secretion. Translation of these mRNAs was also downregulated in primary rat and human islets following ex-vivo incubation with sustained high glucose and in an in vivo model of chronic mild hyperglycemia. Furthermore, translational downregulation decreased cellular abundance of these proteins. Our findings uncover a translational regulatory circuit during β-cell glucose toxicity that impairs expression of proteins with critical roles in β-cell function.

Background: Previous studies in mice and humans have implicated the lipoprotein receptor SRB1 in association with atherosclerosis and lipid levels. In our previous proteomics research, the expression of ITGB2 has differences between epicardial and subcutaneous adipose tissue. However, the association between the reported variants and risk of coronary heart disease (CHD) was not confirmed. Methods: We conducted a case–control study consisted of 496 CHD patients and 367 controls. The two groups are adjusted for age, sex, body mass index, diabetes status and the proportion of dyslipidemia. The genotypes and allele frequency of variants rs838880, rs5888, rs5889 in SRB1 and rs235326, rs2070947, rs2070946 in ITGB2 were determined using Sequenom Mass-ARRAY technology. Results: The genotypes frequencies of all the six SNPs were consistent with Hardy-Weinberg Equilibrium test. For gene SRB1 rs838880, there was a significant difference in the alleles frequency (p=0.017), genotype frequency (p=0.0028), recessive model (p=0.000672) between CHD group and control group. For gene ITGB2 rs2070947, there was a significant difference in the recessive model (p=0.03). By comparing the clinical and serum metabolic indexes of SNP sites by genotype we find that among three genotypes of SRB1 rs5888, there were significant difference in the level of dyslipidemia history and serum LPA, among three genotypes of ITGB2 rs235236, there were significant difference in the levels of serum HDL, APOA1 and hypertension history, among three genotypes of ITGB2 rs2070947, there were significant difference in the level of serum APOA1, hsCRP. Conclusions: Our findings indicated that SNP rs838880 of gene SRB1 and rs2070947 of gene ITGB2 are associated with the risk of CHD in Chinese Han population.

Molecular mechanisms by which Roux-en-Y gastric bypass (RYGB) improves glycemic control and metabolism in type 2 diabetes (T2D) remain incompletely understood. In the SLIMM-T2D trial, participants with T2D were randomized to RYGB or nonsurgical management and their fasting plasma proteome and metabolome were analyzed for up to 3 years. To identify analytes that mediate improvement in outcomes, we developed a high-throughput mediation analysis method (Hitman), which is significantly more powerful than existing methods. Top-ranking analyte mediators of glycemia improvement were growth hormone receptor and prolyl-hydroxyproline, which were more significant than any clinical mediator, including BMI. Beta-alanine and Histidine Metabolism (both including CNDP1) were top differentially regulated pathways, and Valine, Leucine and Isoleucine Degradation was also a top differentially-regulated pathway and a top mediator of improvement in insulin resistance. The identified analytes may serve as novel targets for T2D therapy. More broadly, Hitman can identify analyte mediators of outcomes in randomized trials for which high-throughput data are available.

ABSTRACT Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a liver manifestation of metabolic syndrome, and is estimated to affect one billion individuals worldwide. An increased intake of a high-fat diet (HFD) and sugar-sweetened beverages are risk-factors for NAFLD development, but how their combined intake promotes progression to a more severe form of liver injury is unknown. Here we show that fructose metabolism via ketohexokinase (KHK) C isoform increases endoplasmic reticulum (ER) stress in a dose dependent fashion, so when fructose is coupled with a HFD intake it leads to unresolved ER stress. Conversely, a liver-specific knockdown of KHK in C57BL/6J male mice consuming fructose on a HFD is adequate to improve the NAFLD activity score and exert a profound effect on the hepatic transcriptome. Overexpression of KHK-C in cultured hepatocytes is sufficient to induce ER stress in fructose free media. Upregulation of KHK-C is also observed in genetically obesity ob/ob, db/db and lipodystrophic FIRKO male mice, whereas KHK knockdown in these mice improves metabolic function. Additionally, in over 100 inbred strains of male or female mice hepatic KHK expression correlates positively with adiposity, insulin resistance, and liver triglycerides. Similarly, in 241 human subjects and their controls, hepatic Khk expression is upregulated in early, but not late stages of NAFLD. In summary, we describe a novel role of KHK-C in triggering ER stress, which offers a mechanistic understanding of how the combined intake of fructose and a HFD propagates the development of metabolic complications.

ABSTRACT Here we report the discovery and preclinical validation of a novel precision medicine strategy for ARID1A -mutated cancer. Unbiased proteomics reveals for the first time that ARID1A protein (BAF250a) binds aspartate transcarbamoylase (ATCase), a key regulatory enzyme of the de novo pyrimidine synthesis pathway. Using isogenic paired ARID1A proficient/deficient cancer cell lines, we show that ARID1A protein deficiency (as occurs in ARID1A mutant cancers) leads to metabolic reprogramming and pyrimidine synthesis dependency. Pyrimidine synthesis blockade using the FDA-approved drug teriflunomide (a DHODH inhibitor) suppresses tumor growth and selectively induces DNA damage in ARID1A-deficient tumor models. Combining pyrimidine synthesis inhibition with DNA damage repair blockade, using teriflunomide and AZD6738 (an ATR inhibitor), achieves potent synergy and induces sustained tumor regression in ARID1A -mutant ovarian cancer patient-derived xenografts (PDX). These compelling preclinical data support the evaluation of this novel combination treatment in patients with ARID1A -mutated cancers. SIGNIFICANCE We identified that ARID1A-deficient cells are selectively vulnerable to pyrimidine synthesis blockade. Preclinical studies demonstrate the in vivo efficacy of a synergistic drug combination that concurrently inhibits the de novo pyrimidine synthesis pathway and DNA damage repair to induce regression in patient-derived xenograft models of ARID1A-mutated cancer.

Abstract Activating brown adipose tissue (BAT) improves systemic metabolism, making it a promising target for metabolic syndrome. BAT is activated by 12,13-dihydroxy-9Z-octadecenoic acid (12,13-diHOME), which we previously identified to be inversely associated with BMI and which directly improves metabolism in multiple tissues. Here we profile plasma lipidomics from a cohort of 83 people and test which lipids’ association with BMI replicates in a concordant direction using our novel tool ScreenDMT, whose power and validity we demonstrate via mathematical proofs and simulations. We find that the linoleic acid diols 12,13-diHOME and 9,10-diHOME both replicably inversely associate with BMI and mechanistically activate calcium fluxes in mouse brown and white adipocytes in vitro, which implicates this pathway and 9,10-diHOME as candidate therapeutic targets. ScreenDMT can be applied to test directional mediation, directional replication, and qualitative interactions, such as identifying biomarkers whose association is shared (replication) or opposite (qualitative interaction) across diverse populations.