Increased levels of intestinal bile acids (BAs) are a risk factor for colorectal cancer (CRC). Here, we show that the convergence of dietary factors (high-fat diet) and dysregulated WNT signaling (APC mutation) alters BA profiles to drive malignant transformations in Lgr5-expressing (Lgr5+) cancer stem cells and promote an adenoma-to-adenocarcinoma progression. Mechanistically, we show that BAs that antagonize intestinal farnesoid X receptor (FXR) function, including tauro-β-muricholic acid (T-βMCA) and deoxycholic acid (DCA), induce proliferation and DNA damage in Lgr5+ cells. Conversely, selective activation of intestinal FXR can restrict abnormal Lgr5+ cell growth and curtail CRC progression. This unexpected role for FXR in coordinating intestinal self-renewal with BA levels implicates FXR as a potential therapeutic target for CRC.

Islets derived from stem cells hold promise as a therapy for insulin-dependent diabetes, but there remain challenges towards achieving this goal1–6. Here we generate human islet-like organoids (HILOs) from induced pluripotent stem cells and show that non-canonical WNT4 signalling drives the metabolic maturation necessary for robust ex vivo glucose-stimulated insulin secretion. These functionally mature HILOs contain endocrine-like cell types that, upon transplantation, rapidly re-establish glucose homeostasis in diabetic NOD/SCID mice. Overexpression of the immune checkpoint protein programmed death-ligand 1 (PD-L1) protected HILO xenografts such that they were able to restore glucose homeostasis in immune-competent diabetic mice for 50 days. Furthermore, ex vivo stimulation with interferon-γ induced endogenous PD-L1 expression and restricted T cell activation and graft rejection. The generation of glucose-responsive islet-like organoids that are able to avoid immune detection provides a promising alternative to cadaveric and device-dependent therapies in the treatment of diabetes. Metabolically-mature human islet-like organoids generated from induced pluripotent stem cells are able to recapitulate insulin-responsive pancreatic islet function and avoid immunologic cell death in diabetic mouse transplantation models.

ABSTRACT Repetitive physical exercise induces physiological adaptations in skeletal muscle that improves exercise performance and is effective for the prevention and treatment of several diseases. Here we report the identification of a synthetic agonist for the orphan nuclear receptor ERRα (estrogen receptor-related receptor α), SLU-PP-332, that activates an acute aerobic exercise genetic program in skeletal muscle in an ERRα-dependent manner. SLU-PP-332 increases mitochondrial function and cellular respiration consistent with induction of this genetic program. When administered to mice, SLU-PP-332 increased the type IIa oxidative skeletal muscle fibers and enhanced exercise endurance. These data indicate the feasibility of targeting ERRα for development of compounds that act as exercise mimetics that may be effective in treatment of numerous metabolic disorders and to improve muscle function in the aging.

Abstract Opioid-induced respiratory depression (OIRD) causes death following an opioid overdose, yet the neurobiological mechanisms of this process are not well understood. Here, we show that neurons within the lateral parabrachial nucleus that express the μ-opioid receptor (PBL Oprm1 neurons) are involved in OIRD pathogenesis. PBL Oprm1 neuronal activity is tightly correlated with respiratory rate, and this correlation is abolished following morphine injection. Chemogenetic inactivation of PBL Oprm1 neurons mimics OIRD in mice, whereas their chemogenetic activation following morphine injection rescues respiratory rhythms to baseline levels. We identified several excitatory G-protein coupled receptors expressed by PBL Oprm1 neurons and show that agonists for these receptors restore breathing rates in mice experiencing OIRD. Thus, PBL Oprm1 neurons are critical for OIRD pathogenesis, providing a promising therapeutic target for treating OIRD in patients.

ABSTRACT Oncogenic lesions in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) hijack the epigenetic machinery in stromal components to establish a desmoplastic and therapeutic resistant tumor microenvironment (TME). Here we identify Class I histone deacetylases (HDACs) as key epigenetic factors facilitating the induction of pro-desmoplastic and pro-tumorigenic transcriptional programs in pancreatic stromal fibroblasts. Mechanistically, HDAC-mediated changes in chromatin architecture enable the activation of pro-desmoplastic programs directed by serum response factor (SRF) and forkhead box M1 (FOXM1). HDACs also coordinate fibroblast pro-inflammatory programs inducing leukemia inhibitory factor (LIF) expression, supporting paracrine pro-tumorigenic crosstalk. HDAC depletion in cancer-associated fibroblasts (CAFs) and treatment with the HDAC inhibitor entinostat (Ent) in PDAC mouse models reduce stromal activation and curb tumor progression. Notably, HDAC inhibition (HDACi) enriches a lipogenic fibroblast subpopulation, a potential precursor for myofibroblasts in the PDAC stroma. Overall, our study reveals the stromal targeting potential of HDACi, highlighting the utility of this epigenetic modulating approach in PDAC therapeutics.

Abstract Perception of aversive sensory stimuli such as pain and innate threat cues is essential for animal survival. The amygdala is critical for aversive sensory perception, and it has been suggested that multiple parallel pathways independently relay aversive cues from each sensory modality to the amygdala. However, a convergent pathway that relays multisensory aversive cues to the amygdala has not been identified. Here, we report that neurons expressing calcitonin gene-related peptide (CGRP) in the parvocellular subparafasicular thalamic nucleus (SPFp) are necessary and sufficient for affective-motivational pain perception by forming a spino-thalamo-amygdaloid pain pathway. In addition, we find that this thalamic CGRP pain pathway, together with well-known parabrachio-amygdaloid CGRP pain pathway, is critical for the perception of multisensory innate threat cues. The discovery of unified pathways that collectively gate aversive sensory stimuli from all sensory modalities may provide critical circuit-based insights for developing therapeutic interventions for affective pain- and innate fear-related disorders.

ABSTRACT Reactive oxygen species (ROS) are a double-edge sword in cancers and can both promote pro-tumorigenic signaling and also trigger oxidative stress dependent cell death. Thus, maintaining redox homeostasis to control levels of ROS within a tumor-promoting range elicits critical tumorigenic potential in cancer. Here, we show that head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) is uniquely characterized by its critical dependence on heightened antioxidant capacity facilitated by elevated glucose uptake to maintain survival and proliferation. Using a basal-epithelial-layer-specific GLUT1 knockout mouse model, we establish that targeting GLUT1-mediated glucose utilization in HNSCC cells of origin robustly inhibits HNSCC progression, providing strong genetic evidence that GLUT1 is indeed a targetable metabolic vulnerability. We further demonstrate that disrupting redox homeostasis with prooxidants such as high dose vitamin C and Auranofin induces potent cytotoxicity in HNSCCs by exerting profound oxidative stress when combined with GLUT1 inhibitors. Given the central role of insulin signaling in glucose homeostasis, we additionally show that circulating insulin levels modulate metabolic and oncogenic pathways of HNSCCs, providing a new perspective on events driving and sustaining HNSCC malignancy. These results establish GLUT1 as a viable therapeutic target for HNSCC in combination with prooxidant chemotherapies and define critical dependencies in HNSCC that can be utilized with existing clinical stage drugs for the treatment of HNSCC and potentially other squamous cancers.