Activated T cells engage aerobic glycolysis and anabolic metabolism for growth, proliferation, and effector functions. We propose that a glucose-poor tumor microenvironment limits aerobic glycolysis in tumor-infiltrating T cells, which suppresses tumoricidal effector functions. We discovered a new role for the glycolytic metabolite phosphoenolpyruvate (PEP) in sustaining T cell receptor-mediated Ca2+-NFAT signaling and effector functions by repressing sarco/ER Ca2+-ATPase (SERCA) activity. Tumor-specific CD4 and CD8 T cells could be metabolically reprogrammed by increasing PEP production through overexpression of phosphoenolpyruvate carboxykinase 1 (PCK1), which bolstered effector functions. Moreover, PCK1-overexpressing T cells restricted tumor growth and prolonged the survival of melanoma-bearing mice. This study uncovers new metabolic checkpoints for T cell activity and demonstrates that metabolic reprogramming of tumor-reactive T cells can enhance anti-tumor T cell responses, illuminating new forms of immunotherapy.

The manner in which insulin resistance impinges on hepatic mitochondrial function is complex. Although liver insulin resistance is associated with respiratory dysfunction, the effect on fat oxidation remains controversial, and biosynthetic pathways that traverse mitochondria are actually increased. The tricarboxylic acid (TCA) cycle is the site of terminal fat oxidation, chief source of electrons for respiration, and a metabolic progenitor of gluconeogenesis. Therefore, we tested whether insulin resistance promotes hepatic TCA cycle flux in mice progressing to insulin resistance and fatty liver on a high-fat diet (HFD) for 32 weeks using standard biomolecular and in vivo (2)H/(13)C tracer methods. Relative mitochondrial content increased, but respiratory efficiency declined by 32 weeks of HFD. Fasting ketogenesis became unresponsive to feeding or insulin clamp, indicating blunted but constitutively active mitochondrial β-oxidation. Impaired insulin signaling was marked by elevated in vivo gluconeogenesis and anaplerotic and oxidative TCA cycle flux. The induction of TCA cycle function corresponded to the development of mitochondrial respiratory dysfunction, hepatic oxidative stress, and inflammation. Thus, the hepatic TCA cycle appears to enable mitochondrial dysfunction during insulin resistance by increasing electron deposition into an inefficient respiratory chain prone to reactive oxygen species production and by providing mitochondria-derived substrate for elevated gluconeogenesis.

Abstract Metabolic plasticity is the ability of a biological system to adapt its metabolic phenotype to different environmental stressors. We used a whole-body and tissue-specific phenotypic, functional, metabolomic and transcriptomic approach to systematically assess metabolic plasticity in diet-induced obese mice after a combined nutritional and exercise intervention. Although most pathological features were successfully reverted, we observed a high degree of metabolic dysfunction irreversibility in visceral white adipose tissue, characterised by abnormal mitochondrial morphology and functionality. Despite two sequential therapeutic interventions and apparent global phenotypic recovery, obesity specifically triggered in visceral adipose a cascade of events progressing from mitochondrial metabolic and proteostatic defects to widespread cellular stress, which compromises its biosynthetic and recycling capacity. Our data indicate that obesity prompts a lasting metabolic fingerprint that leads to a progressive breakdown of metabolic plasticity in white adipose tissue, becoming a significant milestone in disease progression.

ABSTRACT Double strand brakes (DSB) accumulate in cellular DNA as a result of deficiencies in homologous recombination repair systems, such as mutations in BRCA genes, or upon antitumoral treatments. In the present study we show that the accumulation of DSB, regardless of its origins, leads to a shift towards oxidative metabolism. We have identified that DSB-induced reactive oxygen species (ROS) promote the activation of NRF2 which downregulates the glycolytic transcription factor HIF-1. HIF-1 inhibition is a key step in this metabolic shift, because leads to the reduction of PDHK1 levels and the consequential activation of pyruvate dehydrogenase, a mitochondrial gatekeeper of cellular metabolism, promoting this metabolic shift. Remarkably, after the induction of DSBs, the tumour is more sensitive to the inhibition of oxidative metabolism since both treatments synergize in vivo, resulting in reduced tumour growth. Therefore, we demonstrate a significant feedback between DSBs induction and cancer cell metabolism that ultimately limits the cell’s potential for metabolic plasticity, hence sensitizing it to the action of counteracting drugs.