Epigenetic modifications on DNA and histones regulate gene expression by modulating chromatin accessibility to transcription machinery. Here we identify methionine as a key nutrient affecting epigenetic reprogramming in CD4+ T helper (Th) cells. Using metabolomics, we showed that methionine is rapidly taken up by activated T cells and serves as the major substrate for biosynthesis of the universal methyl donor S-adenosyl-L-methionine (SAM). Methionine was required to maintain intracellular SAM pools in T cells. Methionine restriction reduced histone H3K4 methylation (H3K4me3) at the promoter regions of key genes involved in Th17 cell proliferation and cytokine production. Applied to the mouse model of multiple sclerosis (experimental autoimmune encephalomyelitis), dietary methionine restriction reduced the expansion of pathogenic Th17 cells in vivo, leading to reduced T cell-mediated neuroinflammation and disease onset. Our data identify methionine as a key nutritional factor shaping Th cell proliferation and function in part through regulation of histone methylation.

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.

INTS11 and CPSF73 are metal-dependent endonucleases for Integrator and pre-mRNA 3'-end processing, respectively. Here, we show that the INTS11 binding partner BRAT1/CG7044, a factor important for neuronal fitness, stabilizes INTS11 in the cytoplasm and is required for Integrator function in the nucleus. Loss of BRAT1 in neural organoids leads to transcriptomic disruption and precocious expression of neurogenesis-driving transcription factors. The structures of the human INTS9-INTS11-BRAT1 and Drosophila dIntS11-CG7044 complexes reveal that the conserved C terminus of BRAT1/CG7044 is captured in the active site of INTS11, with a cysteine residue directly coordinating the metal ions. Inspired by these observations, we find that UBE3D is a binding partner for CPSF73, and UBE3D likely also uses a conserved cysteine residue to directly coordinate the active site metal ions. Our studies have revealed binding partners for INTS11 and CPSF73 that behave like cytoplasmic chaperones with a conserved impact on the nuclear functions of these enzymes.

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

Glutamate decarboxylase 1 (GAD1) is best known for its role in producing the neurotransmitter γ-amino butyric acid (GABA) as part of the “GABA shunt” metabolic pathway, an alternative mechanism of glutamine anaplerosis for TCA cycle metabolism (Yogeeswari et al., 2005). However, understanding of the metabolic function of GAD1 in non-neuronal tissues has remained limited. Here, we show that GAD1 supports cancer cell proliferation independent of the GABA shunt. Despite its elevated expression in lung cancer tissue, GAD1 is not engaged in the GABA shunt in proliferating non-small cell lung cancer (NSCLC) cells, but rather is required for regulating amino acid homeostasis. Silencing GAD1 promotes a broad deficiency in amino acid uptake, leading to reduced glutamine-dependent TCA cycle metabolism and defects in serum- and amino acid-stimulated mTORC1 activation. Mechanistically, GAD1 regulates amino acid uptake through ATF4-dependent amino acid transporter expression including SLC7A5 (LAT1), an amino acid transporter required for branched chain amino acid (BCAA) uptake. Overexpression of LAT1 rescues the proliferative and mTORC1 signalling defects of GAD1-deficient tumor cells. Our results, therefore, define a non-canonical role for GAD1, independent of its characterised role in GABA metabolism, whereby GAD1 regulates amino acid homeostasis to maintain tumor cell proliferation.

Abstract Infusion of 13C-labeled metabolites provides a gold-standard for understanding the metabolic processes used by T cells during immune responses in vivo . Through infusion of 13C-labeled metabolites (glucose, glutamine, acetate) in Listeria monocytogenes ( Lm )-infected mice, we demonstrate that CD8+ T effector (Teff) cells utilize metabolites for specific pathways during specific phases of activation. Highly proliferative early Teff cells in vivo shunt glucose primarily towards nucleotide synthesis and leverage glutamine anaplerosis in the tricarboxylic acid (TCA) cycle to support ATP and de novo pyrimidine synthesis. Additionally, early Teff cells rely on glutamic-oxaloacetic transaminase 1 (Got1)—which regulates de novo aspartate synthesis—for effector cell expansion in vivo . Importantly, 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 Teff cell function in vivo . Teaser Interrogating dynamics of fuel utilization by CD8 + T cells in vivo reveals new metabolic checkpoints for immune function in vivo .

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

Cancer cells display metabolic plasticity to survive metabolic and energetic stresses in the tumor microenvironment, prompting the need for tools to target tumor metabolism. Cellular adaptation to energetic stress is coordinated in part by signaling through the Liver Kinase B1 (LKB1)-AMP-activated protein kinase (AMPK) pathway. Reducing LKB1-AMPK signaling exposes metabolic vulnerabilities in tumor cells with potential for therapeutic targeting. Here we describe that miRNA-mediated silencing of LKB1 (mediated by the oncogenic miRNA cluster miR-17~92) confers sensitivity of lymphoma cells to mitochondrial inhibition by biguanides. Using both classic (phenformin) and novel (IM156) biguanides, we demonstrate that Myc+ lymphoma cells with elevated miR-17~92 expression display increased sensitivity to biguanide treatment both in cell viability assays in vitro and tumor growth assays in vivo. This increased biguanide sensitivity is driven by miR-17-dependent silencing of LKB1, which results in reduced AMPK activation in response to bioenergetic stress. Mechanistically, biguanide treatment inhibits TCA cycle metabolism and mitochondrial respiration in miR-17~92-expressing tumor cells, targeting their metabolic vulnerability. Finally, we demonstrate a direct correlation between miR-17~92 expression and biguanide sensitivity in human cancer cells. Our results identify miR-17~92 expression as a potential biomarker for biguanide sensitivity in hematological malignancies and solid tumors.

Abstract T cells are integral players in the adaptive immune system that readily adapt their metabolism to meet their energetic and biosynthetic needs. A major hurdle to understand physiologic T cell metabolism has been the differences between in vitro cell culture conditions and the complex in vivo milieu. To address this, we have developed a protocol that merges traditional immunology infection models with whole-body metabolite infusion and mass spectrometry (MS)-based metabolomic profiling to assess T cell metabolism in vivo . In this protocol, pathogen-infected mice are infused via the tail vein with an isotopically labeled metabolite, followed by rapid magnetic bead isolation to purify T cell populations and then stable isotope labeling (SIL) analysis conducted by MS. This procedure enables researchers to evaluate metabolic substrate utilization by specific T cell subpopulations in the context of physiological immune responses in vivo.