Helicobacter hepaticus -infected Rag 2 -/- mice emulate many aspects of human inflammatory bowel disease, including the development of colitis and colon cancer. To elucidate mechanisms of inflammation-induced carcinogenesis, we undertook a comprehensive analysis of histopathology, molecular damage, and gene expression changes during disease progression in these mice. Infected mice developed severe colitis and hepatitis by 10 wk post-infection, progressing into colon carcinoma by 20 wk post-infection, with pronounced pathology in the cecum and proximal colon marked by infiltration of neutrophils and macrophages. Transcriptional profiling revealed decreased expression of DNA repair and oxidative stress response genes in colon, but not in liver. Mass spectrometric analysis revealed higher levels of DNA and RNA damage products in liver compared to colon and infection-induced increases in 5-chlorocytosine in DNA and RNA and hypoxanthine in DNA. Paradoxically, infection was associated with decreased levels of DNA etheno adducts. Levels of nucleic acid damage from the same chemical class were strongly correlated in both liver and colon. The results support a model of inflammation-mediated carcinogenesis involving infiltration of phagocytes and generation of reactive species that cause local molecular damage leading to cell dysfunction, mutation, and cell death. There are strong correlations among histopathology, phagocyte infiltration, and damage chemistry that suggest a major role for neutrophils in inflammation-associated cancer progression. Further, paradoxical changes in nucleic acid damage were observed in tissue- and chemistry-specific patterns. The results also reveal features of cell stress response that point to microbial pathophysiology and mechanisms of cell senescence as important mechanistic links to cancer.

Abstract Mycobacteria adapt to infection stresses by entering a reversible non-replicating persistence (NRP) with slow or no cell growth and broad antimicrobial tolerance. Hypoxia and nutrient deprivation are two well-studied stresses commonly used to model the NRP, yet little is known about the molecular differences in mycobacterial adaptation to these distinct stresses that lead to a comparable NRP phenotype. Here we performed a multisystem interrogation of the Mycobacterium bovis BCG (BCG) starvation response, which revealed a coordinated metabolic shift away from the glycolysis of nutrient-replete growth to depletion of lipid stores, lipolysis, and fatty acid ß-oxidation in NRP. This contrasts with BCG’s NRP hypoxia response involving a shift to cholesterol metabolism and triglyceride storage. Our analysis reveals cryptic metabolic vulnerabilities of the starvation-induced NRP state, such as their newfound hypersensitivity to H 2 O 2 . These observations pave the way for developing precision therapeutics against these otherwise drug refractory pathogens.

A variety of α‐benzotriazinium ketones were prepared in 38%‐89% yields through a copper(II)‐catalyzed Chan‐Lam reaction and [2,3]‐rearrangement in a one pot reaction open to air from N‐hydroxybenzotriazin‐4‐ones and alkenyl boronic acids at room temperature. Experimental results showed that the copper catalyst not only played as cross‐coupling catalyst but also served as Lewis acid catalyst to control the chemoselectivity of [2,3]‐rearrangement. The reaction tolerated various linear and cyclic disubstituted alkenyl boronic acids. Moreover, α‐benzotriazinium ketone could be easily prepared in gram scales. The present method highlights dual roles of copper catalyst and [2,3]‐rearrangement of N,O‐vinyl moiety.

Summary Target of Rapamycin Complex 1 (TORC1) is a conserved eukaryotic protein complex that links the presence of nutrients with cell growth. In Saccharomyces cerevisiae , TORC1 activity is positively regulated by the presence of amino acids and glucose in the medium. However, mechanisms underlying nutrient-induced TORC1 activation remain poorly understood. By utilizing a TORC1 activation assay, we demonstrate that differential metabolism of glucose activates TORC1 through three distinct pathways in yeast. The first ‘canonical Rag GTPase-dependent pathway’ requires conversion of glucose to fructose 1,6-bisphosphate which activates TORC1 via the Rag GTPase heterodimer Gtr1 GTP /Gtr2 GDP . The second ‘non-canonical Rag GTPase-dependent pathway’ requires conversion of glucose to glucose 6-phosphate which activates TORC1 via Gtr1 GTP /Gtr2 GTP . The third ‘Rag GTPase-independent pathway’ requires complete glycolysis and vacuolar ATPase reassembly for TORC1 activation. Glucose-induced TORC1 activation can be uncoupled from glucose-induced AMPK inactivation. We have established a roadmap to deconstruct the link between glucose metabolism and TORC1 activation.

Abstract Bacteria possess elaborate systems to manage reactive oxygen and nitrogen species (ROS) arising from exposure to the mammalian immune system and environmental stresses. Here we report the discovery of an ROS-sensing RNA-modifying enzyme that regulates translation of stress-response proteins in the gut commensal and opportunistic pathogen Enterococcus faecalis . We analyzed the tRNA epitranscriptome of E. faecalis in response to reactive oxygen species (ROS) or sublethal doses of ROS-inducing antibiotics and identified large decreases in N 2 -methyladenosine (m 2 A) in both 23S ribosomal RNA and transfer RNA. This we determined to be due to ROS-mediated inactivation of the Fe-S cluster-containing methyltransferase, RlmN. Genetic knockout of RlmN gave rise to a proteome that mimicked the oxidative stress response, with increased levels of superoxide dismutase and decreased virulence proteins. While tRNA modifications are established to be dynamic for fine-tuning translation, here we report the first instance of a dynamically regulated, environmentally responsive rRNA modification. These studies lead to model in which RlmN serves as a redox-sensitive molecular switch, directly relaying oxidative stress to modulating translation through the rRNA and the tRNA epitranscriptome, revealing a new paradigm for understanding direct regulation of the proteome by RNA modifications.

Abstract Among Enterococci, intrinsic and acquired resistance to antibiotics such as β-lactams and vancomycin critically limit treatment options for infection with these opportunistic pathogens. Antimicrobials that enhance the host immune response are emerging as alternative approaches, with the potential to overcome bacterial resistance. Here, we investigate the antibiotic and immunological activity of the anticancer agent mitoxantrone (MTX) in vitro and in vivo against vancomycin resistant Enterococcus faecalis (VRE). We show that, in vitro , MTX is a potent antibiotic against Gram-positive bacteria with a minimal inhibitory concentration (MIC) of ~1 μg/ml through induction of reactive oxygen species and DNA damage. MTX synergises with vancomycin and lowers the vancomycin concentration required to kill VRE by over 140-fold. This synergy is specific to vancomycin-resistant, but not susceptible strains because vancomycin rendered the resistant strains more permeable to MTX and thus MTX-mediated DNA damage. In a murine wound infection model, MTX treatment effectively reduced VRE bacterial numbers by 120-fold and with further reduction when combined with vancomycin. Wounds treated with MTX had significantly higher numbers of macrophages and higher pro-inflammatory cytokines compared to untreated wounds. In addition, MTX augmented intracellular bacterial killing by both murine and human macrophages by upregulating the expression of lysosomal hydrolases cathepsins D and H, and β-Hexosaminidase. These results show that MTX is a potent antibiotic against Gram-positive bacteria, synergizes with vancomycin, enhances macrophage recruitment and intracellular bactericidal activity, and represents a promising dual bacterium- and host-targeted therapeutic for overcoming vancomycin resistance. One sentence summary Mitoxantrone synergizes with vancomycin against vancomycin resistant bacterial strains via direct antibiotic activity and by augmenting both host macrophage recruitment to the site of infection and macrophage bactericidal activity.

Summary DNA damage causes genomic instability underlying many human diseases. Traditional approaches to DNA damage analysis provide minimal insights into the spectrum of disease-driving DNA lesions and the mechanisms causing imbalances in damage formation and repair. Here we used untargeted mass spectrometry-based adductomics 1 to discover 114 putative DNA lesions and modifications consistently detected in humans and two independent analyses in rats, showing species-, tissue-, age-, and sex-biases. As evidence of methodologic rigor, 10 selected adductomic signals were structurally validated as epigenetic marks: 5-MdC, 5-HMdC, 5-FdC; DNA damage products: N 2 -CMdG, 1, N 6 ε-dA, 3, N 4 -εdC, M 1 dG, O 6/ N 2 -MdG, and 8-Oxo-dG; and established analytical artifacts: cyclobutane dimers of 2’-deoxycytosine. With steady-state levels of putative DNA adducts integrating multiple cell types in each tissue, there was strong age-dependent variation for many putative adducts, including N 2 -CMdG, 5-HMdC, and 8-Oxo-dG in rats and 1, N 6 ε-dA in human heart, as well as sex biases for 67 putative adducts in rat tissues. These results demonstrate the potential of untargeted adductomic analysis for defining DNA adducts as disease determinants, assigning substrates to DNA repair pathways, discovering new metabolically-driven DNA lesions, and quantifying inter-individual variation in DNA damage and repair across populations.

ABSTRACT Differentiation of endometrial fibroblasts into specialized decidual cells controls embryo implantation and transforms the cycling endometrium into a semi-permanent, immune-protective matrix that accommodates the placenta throughout pregnancy. This process starts during the midluteal phase of the menstrual cycle with decidual transformation of perivascular cells (PVC) surrounding the terminal spiral arterioles and endometrial stromal cells (EnSC) underlying the luminal epithelium. Decidualization involves extensive cellular reprogramming and acquisition of a secretory phenotype, essential for coordinated placental trophoblast invasion. Secreted metabolites are an emerging class of signalling molecules. Here, we used liquid chromatography-mass spectrometry to characterise the dynamic changes in metabolite secretion (exometabolome) of primary PVC and EnSC decidualized over 8 days. We identified 79 annotated metabolites differentially secreted upon decidualization, including prostaglandin, sphingolipid, and hyaluronic acid metabolites. Secreted metabolites encompassed 21 metabolic pathways, most prominently glycerolipid and pyrimidine metabolism. Although temporal exometabolome changes were comparable between decidualizing PVC and EnSC, 32 metabolites were differentially secreted across the decidualization time-course. Further, targeted metabolomics demonstrated a conspicuous difference in xanthine secretion between decidualized PVC and EnSC. Taken together, our findings indicate that the metabolic footprints generated by different decidual subpopulations encode spatiotemporal information that may be important for optimal embryo implantation.

ABSTRACT Bacteriophages and bacteria are engaged in a constant arms race, continually evolving new molecular tools to survive one another. To protect their genomic DNA from restriction enzymes, the most common bacterial defence systems, double-stranded DNA phages have evolved complex modifications that affect all four bases. This study focuses on modifications at position 7 of guanines. Eight derivatives of 7-deazaguanines were identified, including four previously unknown ones: 2’-deoxy-7-(methylamino)methyl-7-deazaguanine (mdPreQ 1 ), 2’-deoxy-7-(formylamino)methyl-7-deazaguanine (fdPreQ 1 ), 2’-deoxy-7-deazaguanine (dDG), and 2’-deoxy-7-carboxy-7-deazaguanine (dCDG). These modifications are inserted in DNA by a guanine transglycosylase named DpdA. Three subfamilies of DpdA had been previously characterized: bDpdA, DpdA1, and DpdA2. Two additional subfamilies were identified in this work: DpdA3, which allows for complete replacement of the guanines, and DpdA4, which is specific to archaeal viruses. Transglycosylases have now been identified in all phages and viruses carrying 7-deazaguanine modifications, indicating that the insertion of these modifications is a post-replication event. Three enzymes were predicted to be involved in the biosynthesis of these newly identified DNA modifications: 7-carboxy-7-deazaguanine decarboxylase (DpdL), dPreQ 1 formyltransferase (DpdN), and dPreQ 1 methyltransferase (DpdM), which was experimentally validated and harbors a unique fold not previously observed for nucleic acid methylases.

Abstract The role of translational regulation in brown adipogenesis is relatively unknown. Localized translation of mRNAs encoding mitochondrial components enables swift mitochondrial responses, but whether this occurs during brown adipogenesis, which involves massive mitochondrial biogenesis, has not been explored. Here, we used ribosome profiling and RNA-Seq, coupled with cellular fractionation, to obtain spatiotemporal insights into translational regulation. During brown adipogenesis, a translation bias towards G/C-ending codons is triggered first in the mitochondrial vicinity by reactive oxygen species (ROS), which later spreads to the rest of the cell. This translation bias is induced through ROS modulating the activity of the tRNA modification enzyme, ELP3. Intriguingly, functionally relevant mRNAs, including those encoding ROS scavengers, benefit from this bias; in so doing, ROS-induced translation bias both fuels differentiation and concurrently minimizes oxidative damage. These ROS-induced changes could enable sustained mitochondrial biogenesis during brown adipogenesis, and explain in part, the molecular basis for ROS hormesis.