Abstract Solute carrier (SLC) transporters control fluxes of nutrients and metabolites across membranes and thereby represent a critical interface between the microenvironment and cellular and subcellular metabolism. Because of substantial functional overlap, the interplay and relative contributions of members of this family in response to environmental stresses remain poorly elucidated. In order to infer functional relationships between SLCs and metabolites, we developed a strategy to identify human SLCs able to sustain cell viability and proliferation under growth-limiting concentrations of essential nutrients. One-by-one depletion of 13 amino acids required for cell proliferation enabled gain-of-function genetic screens using a SLC-focused CRISPR/Cas9-based transcriptional activation approach to uncover transporters relieving cells from the growth-limiting metabolic bottleneck. We identified the cationic amino acid transporter SLC7A3 as a gene that, when upregulated, overcame low availability of arginine and lysine by increasing their uptake. SLC7A5 (LAT1), on the other hand, was able to sustain cellular fitness upon deprivation of several neutral amino acids. A genome-wide screen identified SLC7A3 as the single main gene product able to rescue cell survival in the limiting arginine conditions tested, demonstrating the potentially decisive role of transporters in overcoming nutrient limitations. Moreover, we identified metabolic compensation mediated by the glutamate/aspartate transporters SLC1A2 and SLC1A3 under glutamine-limiting conditions. Overall, this gain-of-function approach using human cells led to the definition of functional transporter-nutrient relationships and revealed that upregulation of transport activity may be sufficient to overcome environmental metabolic restrictions.

The activity and potency of a drug is inherently affected by the metabolic state of its target cell. Solute Carriers (SLCs) represent the largest family of transmembrane transporters in humans and constitute major determinants of cellular metabolism. Several SLCs have been shown to be required for the uptake of individual chemical compounds into cellular systems, but systematic surveys of transporter-drug relationships in human cells are currently lacking. We performed a series of genetic screens in the haploid human cell line HAP1 using a set of 60 cytotoxic compounds representative of the chemical space populated by approved drugs. By using a SLC-focused CRISPR/Cas9 lentiviral library, we identified transporters whose absence induced resistance to the drugs tested. Among the hundreds of drug-SLC relationships identified, we confirmed the role of the folate transporter SLC19A1 on the activity of antifolates and of SLC29A1 on several nucleoside analogs. Among the newly discovered dependencies, we identified the transporters SLC11A2/SLC16A1 for artemisinin derivatives and SLC35A2/SLC38A5 for cisplatin. The functional dependence on SLCs observed for a significant proportion of the compounds screened suggested a widespread role for SLCs in the uptake and cellular activity of cytotoxic drugs and provided an experimentally validated set of SLC-drug associations for a number of clinically relevant compounds.

Regulation of cell and tissue homeostasis by programmed cell death is a fundamental process with wide physiological and pathological implications. The advent of scalable somatic cell genetic technologies creates the opportunity to functionally map these essential pathways, thereby identifying potential disease-relevant components. We investigated the genetic basis underlying necroptotic cell death by performing a complementary set of loss- and gain-of-function genetic screens. To this end, we established FADD-deficient haploid human KBM7 cells, which specifically and efficiently undergo necroptosis after a single treatment with either TNFα or the SMAC mimetic compound birinapant. A series of unbiased gene-trap screens identified key signaling mediators, such as TNFR1, RIPK1, RIPK3, and MLKL. Among the novel components, we focused on the zinc transporter SLC39A7, whose knock-out led to necroptosis resistance by affecting TNF receptor trafficking and ER homeostasis. Orthogonal, solute carrier (SLC)-focused CRISPR/Cas9-based genetic screens revealed the exquisite specificity of SLC39A7, among ~ 400 SLC genes, for TNFR1- and FAS- but not TRAIL-R1-mediated responses. The newly established cellular model also allowed genome-wide gain-of-function screening for genes conferring resistance to necroptosis via the CRISPR/Cas9 synergistic activation mediator approach. Among these, we found cIAP1 and cIAP2, and characterized the role of TNIP1 (TNFAIP3-interacting protein 1), which prevented pathway activation in a ubiquitin-binding dependent manner. Altogether, the gain- and loss-of-function screens described here provide a global genetic chart of the molecular factors involved in necroptosis and death receptor signaling, prompting investigation of their individual contribution and potential role in pathological conditions.

Host factor requirements for different classes of viruses are still to be fully unraveled. Replication of the viral genome and synthesis of viral proteins inside the human host cell are associated with altered, often enhanced, cellular metabolism and increased demand for nutrients as well as specific metabolites. With more than 400 members listed to date in humans, solute carriers (SLCs) represent the largest family of transmembrane proteins dedicated to the transport of ions and small molecules such as amino acids, sugars and nucleotides. Consistent with their impact on cellular metabolism, several SLCs have been implicated as host factors affecting the viral life cycle and the cell response to infection. In this study, we aimed at characterizing the role of host SLCs in cell survival upon viral infection by performing unbiased genetic screens using a focused CRISPR knockout library. Genetic screens with the cytolytic vesicular stomatitis virus (VSV) showed that loss of two SLCs genes, encoding the sialic acid transporter SLC35A1/CST and the zinc transporter SLC30A1/ZnT1, affected cell survival upon infection. Further characterization of these genes pointed to a role of both transporters in the apoptotic response induced by VSV, offering new insights into the cellular response to oncolytic virus infections.