Infusion of 13 C-labeled metabolites provides a gold standard for understanding the metabolic processes used by T cells during immune responses in vivo. Through infusion of 13 C-labeled metabolites (glucose, glutamine, and acetate) in Listeria monocytogenes –infected mice, we demonstrate that CD8 T effector (Teff) cells use metabolites for specific pathways during specific phases of activation. Highly proliferative early Teff cells in vivo shunt glucose primarily toward nucleotide synthesis and leverage glutamine anaplerosis in the tricarboxylic acid (TCA) cycle to support adenosine triphosphate and de novo pyrimidine synthesis. In addition, early Teff cells rely on glutamic-oxaloacetic transaminase 1 (Got1)—which regulates de novo aspartate synthesis—for effector cell expansion in vivo. CD8 Teff cells change fuel preference over the course of infection, switching from glutamine- to acetate-dependent TCA cycle metabolism late in infection. This study provides insights into the dynamics of Teff metabolism, illuminating distinct pathways of fuel consumption associated with CD8 Teff cell function in vivo.

Abstract Environmental nutrient availability influences T cell metabolism, impacting T cell function and shaping immune outcomes. However, the metabolic pathways critical for optimal T cell responses remain poorly understood. Here, we identify ketone bodies (KBs) – including β-hydroxybutyrate (βOHB) and acetoacetate (AcAc) – as essential fuels supporting CD8 + T cell metabolism and effector function. Ketolysis is an intrinsic feature of highly functional CD8 + T effector (Teff) cells and βOHB directly increases CD8 + Teff cell IFN-γ production and cytolytic activity. Using metabolic tracers, we establish that CD8 + Teff cells preferentially use KBs over glucose to fuel the tricarboxylic acid (TCA) cycle in vitro and in vivo . KBs directly boost the respiratory capacity of CD8 + T cells and TCA cycle-dependent metabolic pathways that fuel T cell growth. Mechanistically, we find that βOHB is a major substrate for acetyl-CoA production in CD8 + T cells and regulates effector responses through effects on histone acetylation. Together, our results identify cell-intrinsic ketolysis as a metabolic and epigenetic driver of optimal CD8 + T cell effector responses. One Sentence summary Ketone bodies promote CD8 + T cell metabolism and effector function through regulation of epigenetic programming

Abstract Statins are a family of FDA-approved cholesterol-lowering drugs that inhibit the rate-limiting enzyme of the metabolic mevalonate pathway, which have been shown to have anti-cancer activity. As therapeutic efficacy is increased when drugs are used in combination, we sought to identify agents, like dipyridamole, that potentiate statin-induced tumor cell death. As an antiplatelet agent dipyridamole will not be suitable for all cancer patients. Thus, we developed an integrative pharmacogenomics pipeline to identify agents that were similar to dipyridamole at the level of drug structure, in vitro sensitivity and molecular perturbation. To enrich for compounds expected to target the mevalonate pathway, we took a pathway-centric approach towards computational selection, which we called mevalonate drug network fusion (MVA-DNF). We validated two of the top ranked compounds, nelfinavir and honokiol and demonstrated that, like dipyridamole, they synergize with fluvastatin to potentiate tumor cell death by blocking the restorative feedback loop. This is achieved by inhibiting activation of the key transcription factor that induces mevalonate pathway gene transcription, sterol regulatory element-binding protein 2 (SREBP2). Mechanistically, the synergistic response of fluvastatin+nelfinavir and fluvastatin+honokiol was associated with similar transcriptomic and proteomic pathways, indicating a similar mechanism of action between nelfinavir and honokiol when combined with fluvastatin. Further analysis identified the canonical epithelial-mesenchymal transition (EMT) gene, E-cadherin as a biomarker of these synergistic responses across a large panel of breast cancer cell lines. Thus, our computational pharmacogenomic approach can identify novel compounds that phenocopy a compound of interest in a pathway-specific manner. Significance Statement We provide a rapid and cost-effective strategy to expand a class of drugs with a similar phenotype. Our parent compound, dipyridamole, potentiated statin-induced tumor cell death by blocking the statin-triggered restorative feedback response that dampens statins pro-apoptotic activity. To identify compounds with this activity we performed a pharmacogenomic analysis to distinguish agents similar to dipyridamole in terms of structure, cell sensitivity and molecular perturbations. As dipyridamole has many reported activities, we focused our molecular perturbation analysis on the pathway inhibited by statins, the metabolic mevalonate pathway. Our strategy was successful as we validated nelfinavir and honokiol as dipyridamole-like drugs at both the phenotypic and molecular levels. Our pathway-specific pharmacogenomics approach will have broad applicability.

The progressive decline of CD8 T cell effector function-also known as terminal exhaustion-is a major contributor to immune evasion in cancer. Yet, the molecular mechanisms that drive CD8 T cell dysfunction remain poorly understood. Here, we report that the Kelch-like ECH-associated protein 1 (KEAP1)-Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2) signaling axis, which mediates cellular adaptations to oxidative stress, directly regulates CD8 T cell exhaustion. Transcriptional profiling of dysfunctional CD8 T cells from chronic infection and cancer reveals enrichment of NRF2 activity in terminally exhausted (Tex

Targeting PD-1 is an important component of many immune checkpoint blockade (ICB) therapeutic approaches. However, ICB is not an efficacious strategy in a variety of cancer types, in part due to immunosuppressive metabolites in the tumor microenvironment (TME). Here, we find that anti-PD-1-resistant cancer cells produce abundant itaconate (ITA) due to enhanced levels of aconitate decarboxylase (Acod1). Acod1 has an important role in the resistance to anti-PD-1, as decreasing Acod1 levels in anti-PD-1 resistant cancer cells can sensitize tumors to anti-PD-1 therapy. Mechanistically, cancer cells with high Acod1 inhibit the proliferation of naive CD8+ T cells through the secretion of inhibitory factors. Surprisingly, inhibition of CD8+ T cell proliferation is not dependent on secretion of ITA, but is instead a consequence of the release of small inhibitory peptides. Our study suggests that strategies to counter the activity of Acod1 in cancer cells may sensitize tumors to ICB therapy.

Amino-terminal (Nt-) acetylation (NTA) is a common protein modification, affecting approximately 80% of all human proteins. The human essential X-linked gene, NAA10, encodes for the enzyme NAA10, which is the catalytic subunit in the N-terminal acetyltransferase A (NatA) complex. There is extensive genetic variation in humans with missense, splice-site, and C-terminal frameshift variants in NAA10. In mice, Naa10 is not an essential gene, as there exists a paralogous gene, Naa12, that substantially rescues Naa10 knockout mice from embryonic lethality, whereas double knockouts (Naa10-/Y Naa12-/-) are embryonic lethal. However, the phenotypic variability in the mice is nonetheless quite extensive, including piebaldism, skeletal defects, small size, hydrocephaly, hydronephrosis, and neonatal lethality. Here we replicate these phenotypes with new genetic alleles in mice, but we demonstrate their modulation by genetic background and environmental effects. We cannot replicate a prior report of "maternal effect lethality" for heterozygous Naa10-/X female mice, but we do observe a small amount of embryonic lethality in the Naa10-/Y male mice on the inbred genetic background in this different animal facility.

The potent MYC oncoprotein is deregulated in many human cancers, including breast carcinoma, and is associated with aggressive disease. To understand the mechanisms and vulnerabilities of MYC-driven breast cancer, we have generated an in vivo model that mimics human disease in response to MYC deregulation. MCF10A cells ectopically expressing a common breast cancer mutation in the PI3 kinase pathway (PIK3CAH1047R) lead to the development of organized acinar structures in mice. However, expressing both PIK3CAH1047R and deregulated-MYC lead to the development of invasive ductal carcinoma, thus creating a model in which a MYC-dependent normal-to-tumour switch occurs in vivo. These MYC-driven tumors exhibit classic hallmarks of human breast cancer at both the pathological and molecular levels. Moreover, tumour growth is dependent upon sustained deregulated MYC expression, further demonstrating addiction to this potent oncogene and regulator of gene transcription. We therefore provide a MYC-dependent human model of breast cancer which can be assayed for in vivo tumour initiation, proliferation, and transformation from normal breast acini into invasive breast carcinoma. Taken together, we anticipate that this novel MYC-driven transformation model will be a useful research tool to both better understand MYC's oncogenic function and identify therapeutic vulnerabilities.

Glucose is essential for T cell proliferation and function, yet its specific metabolic roles in vivo remain poorly defined. Here, we identify glycosphingolipid (GSL) biosynthesis as a key pathway fueled by glucose that enables CD8 + T cell expansion and cytotoxic function in vivo . Using 13 C-based stable isotope tracing, we demonstrate that CD8 + effector T cells use glucose to synthesize uridine diphosphate-glucose (UDP-Glc), a precursor for glycogen, glycan, and GSL biosynthesis. Inhibiting GSL production—by targeting the enzymes UDP-Glc pyrophosphorylase 2 (UGP2) or UDP-Glc ceramide glucosyltransferase (UGCG)—impairs CD8 + T cell expansion and cytolytic activity without affecting glucose-dependent energy production. Mechanistically, we show that glucose-dependent GSL biosynthesis is required for plasma membrane lipid raft integrity and aggregation following TCR stimulation. Moreover, UGCG-deficient CD8 + T cells display reduced granzyme expression and tumor control in vivo . Together, our data establish GSL biosynthesis as a critical metabolic fate of glucose—independent of energy production—required for CD8 + T cell responses in vivo .