ABSTRACT Gliomas are highly malignant brain tumors with poor prognosis and short survival. NAD + has been shown to impact multiple processes that are dysregulated in cancer; however, anti-cancer therapies targeting NAD + synthesis have been unsuccessful due to insufficient mechanistic understanding. Here we adapted a Drosophila glial neoplasia model and discovered the genetic requirement for NAD + synthase nicotinamide mononucleotide adenylyltransferase (NMNAT) in glioma progression in vivo and in human glioma cells. Overexpressing enzymatically active NMNAT significantly promotes glial neoplasia growth and reduces animal viability. Mechanistic analysis suggests that NMNAT interferes with DNA damage-p53-caspase-3 apoptosis signaling pathway by enhancing NAD + -dependent posttranslational modifications (PTMs) poly(ADP-ribosyl)ation (PARylation) and deacetylation of p53. Interestingly, NMNAT forms a complex with p53 and PTM enzyme PARP1 to facilitate PARylation. As PARylation and deacetylation reduce p53 pro-apoptotic activity, our results demonstrate that NMNAT promotes glioma progression through regulating p53 post-translational modifications. Our findings reveal a novel tumorigenic mechanism involving protein complex formation of p53 with NAD + synthetic enzyme NMNAT and NAD + -dependent PTM enzymes that regulates glioma growth.

Understanding endogenous regulation of stress resistance and homeostasis maintenance is critical to developing neuroprotective therapies. Nicotinamide mononucleotide adenylyltransferase (NMNAT) is a conserved essential enzyme that confers extraordinary protection and stress resistance in many neurodegenerative disease models. Drosophila Nmnat is alternatively spliced to two mRNA variants, RA and RB. RB translates to protein isoform PD with robust protective activity and is upregulated upon stress to confer enhanced neuroprotection. The mechanisms regulating alternative splicing and stress response of NMNAT remain unclear. We have discovered a Drosophila microRNA, dme-miR-1002 , which promotes the splicing of NMNAT pre-mRNA to RB by disrupting a pre-mRNA stem-loop structure. While NMNAT pre-mRNA is preferentially spliced to RA in basal conditions, miR-1002 enhances NMNAT PD-mediated stress protection by binding via RISC component Argonaute1 to the pre-mRNA, facilitating the splicing switch to RB. These results outline a new process for microRNAs in regulating alternative splicing and modulating stress resistance.

ABSTRACT Tauopathy, including Alzheimer Disease (AD), is characterized by Tau protein accumulation and autophagy dysregulation. Emerging evidence connects polyamine metabolism with the autophagy pathway, however the role of polyamines in Tauopathy remains unclear. In the present study we investigated the role of spermine synthase (SMS) in autophagy regulation and tau protein processing in Drosophila and human cellular models of Tauopathy. Our previous study showed that Drosophila spermine synthase ( dSms ) deficiency impairs lysosomal function and blocks autophagy flux. Interestingly, partial loss-of-function of SMS in heterozygous dSms flies extends lifespan and improves the climbing performance of flies with human Tau (hTau) overexpression. Mechanistic analysis showed that heterozygous loss-of-function mutation of dSms reduces hTau protein accumulation through enhancing autophagic flux. Measurement of polyamine levels detected a mild elevation of spermidine in flies with heterozygous loss of dSms . SMS knock-down in human neuronal or glial cells also upregulates autophagic flux and reduces Tau protein accumulation. Proteomics analysis of postmortem brain tissue from AD patients showed a significant albeit modest elevation of SMS protein level in AD-relevant brain regions compared to that of control brains consistently across several datasets. Taken together, our study uncovers a correlation between SMS protein level and AD pathogenesis and reveals that SMS reduction upregulates autophagy, promotes Tau clearance, and reduces Tau protein accumulation. These findings provide a new potential therapeutic target of Tauopathy.

Snyder-Robinson Syndrome (SRS) is caused by mutations in the spermine synthase (SMS) gene, the enzyme product of which converts the polyamine spermidine into spermine. Affecting primarily males, common manifestations of SRS include intellectual disability, osteoporosis, hypotonic musculature, and seizures, along with other more variable symptoms. Currently, medical management focuses on treating these symptoms without addressing the underlying molecular cause of the disease. Reduced SMS catalytic activity in cells of SRS patients causes the accumulation of spermidine, while spermine levels are reduced. The resulting exaggeration in spermidine-to-spermine ratio is a biochemical hallmark of SRS that tends to correlate with symptom severity in the patient. Our studies aim to pharmacologically manipulate polyamine metabolism to correct this polyamine imbalance and investigate the potential of this approach as a therapeutic strategy for affected individuals. Here we report the use of difluoromethylornithine (DFMO; eflornithine), an FDA-approved inhibitor of polyamine biosynthesis, in re-establishing normal spermidine-to-spermine ratios in SRS patient cells. Through mechanistic studies, we demonstrate that, while reducing spermidine biosynthesis, DFMO also stimulates the conversion of existing spermidine into spermine in cell lines with hypomorphic variants of SMS. Further, DFMO treatment induces a compensatory uptake of exogenous polyamines, including spermine and spermine mimetics, cooperatively reducing spermidine and increasing spermine levels. In a Drosophila SRS model characterized by reduced lifespan, adding DFMO to the feed extended lifespan. As nearly all known SRS patient mutations are hypomorphic, these studies form a foundation for future translational studies with significant therapeutic potential.