Previous studies showed that an epigenetic modification of N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor, especially NMDA receptor 2B subunit (NR2B), was involved in the pathological process of ethanol withdrawal syndrome (EWS). However, the relationship between the epigenetic regulation of the NR2B gene in the rat hippocampus region and EWS were inconsistent. A rat model of chronic ethanol exposure was established. EWS score and the behavioral changes were recorded at different points in time. The NR2B expression levels and the histone H3K9 acetylation level in the NR2B gene promoter region were measured using qRT-PCR, Western blot, immunofluorescence and chromatin immunoprecipitation, respectively. Finally, the relationships between the epigenetic modification of histone H3K9 acetylation of NR2B gene promoter and EWS were examined. Our results showed that the EWS score was increased at 2 h, peaked at 6 h after withdrawal of ethanol, and reduced to the level parallel to the normal control group at day 3 after ethanol withdrawal. The NR2B mRNA expression and protein levels showed similar patterns. Further correlation analyses indicted that both histone H3K9 acetylation in NR2B gene promoter and the expression levels of NR2B were positively associated with EWS. Chronic ethanol exposure may result in epigenetic modification of histone H3K9 acetylation in NR2B gene promoter in rat hippocampus, and the expression levels of NR2B were found to be positively correlated with EWS.

BACKGROUND: Chimeric antigen receptor T cell (CART) therapy has seen great clinical success. However, up to 50% of leukemia patients relapse and long-term survivor data indicate that CART cell persistence is key to enforcing relapse-free survival. Unfortunately, ex vivo expansion protocols often drive metabolic and functional exhaustion, reducing in vivo efficacy. Preclinical models have demonstrated that redirecting metabolism ex vivo can improve in vivo T cell function and we hypothesized that exposure to an agonist targeting the metabolic regulator AMP-activated protein kinase (AMPK), would create CARTs capable of both efficient leukemia clearance and increased in vivo persistence. METHODS: CART cells were generated from healthy human via lentiviral transduction. Following activation, cells were exposed to either Compound 991 or DMSO for 96 hours, followed by a 48-hour washout. During and after agonist treatment, T cells were harvested for metabolic and functional assessments. To test in vivo efficacy, immunodeficient mice were injected with luciferase+ NALM6 leukemia cells, followed one week later by either 991- or DMSO-expanded CARTs. Leukemia burden and anti-leukemia efficacy was assessed via radiance imaging and overall survival. RESULTS: Human T cells expanded in Compound 991 activated AMPK without limiting cellular expansion and gained both mitochondrial density and improved handling of reactive oxygen species (ROS). Importantly, receipt of 991-exposed CARTs significantly improved in vivo leukemia clearance, prolonged recipient survival, and increased CD4+ T cell yields at early times post-injection. Ex vivo, 991 agonist treatment mimicked nutrient starvation, increased autophagic flux, and promoted generation of mitochondrially-protective metabolites. DISCUSSION: Ex vivo expansion processes are necessary to generate sufficient cell numbers, but often promote sustained activation and differentiation, negatively impacting in vivo persistence and function. Here, we demonstrate that promoting AMPK activity during CART expansion metabolically reprograms cells without limiting T cell yield, enhances in vivo anti-leukemia efficacy, and improves CD4+ in vivo persistence. Importantly, AMPK agonism achieves these results without further modifying the expansion media, changing the CART construct, or genetically altering the cells. Altogether, these data highlight AMPK agonism as a potent and readily translatable approach to improve the metabolic profile and overall efficacy of cancer-targeting T cells.

Abstract Allogeneic T cells reprogram their metabolism during acute graft-versus-host disease (GVHD) in a process involving the cellular energy sensor adenosine monophosphate (AMP)–activated protein kinase (AMPK). Deletion of AMPK in donor T cells limits GVHD but still preserves homeostatic reconstitution and graft-versus-leukemia effects. In the current studies, murine AMPK knock-out (KO) T cells decreased oxidative metabolism at early time points posttransplant and lacked a compensatory increase in glycolysis after inhibition of the electron transport chain. Immunoprecipitation using an antibody specific to phosphorylated targets of AMPK determined that AMPK modified interactions of several glycolytic enzymes including aldolase, enolase, pyruvate kinase M, and glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH), with enzyme assays confirming impaired aldolase and GAPDH activity in AMPK KO T cells. Importantly, these changes in glycolysis correlated with both an impaired ability of AMPK KO T cells to produce significant amounts of interferon gamma upon antigenic restimulation and a decrease in the total number of donor CD4 T cells recovered at later times posttransplant. Human T cells lacking AMPK gave similar results, with glycolytic compensation impaired both in vitro and after expansion in vivo. Xenogeneic GVHD results also mirrored those of the murine model, with reduced CD4/CD8 ratios and a significant improvement in disease severity. Together these data highlight a significant role for AMPK in controlling oxidative and glycolytic metabolism in both murine and human T cells and endorse further study of AMPK inhibition as a potential clinical target for future GVHD therapies.