Significance Gadolinium (Gd)-based contrast agents (GBCAs) are currently the mainstream clinical MRI contrast agents. Some GBCAs have shown a long-term toxicity—nephrogenic systemic fibrosis (NSF)—and Gd depositions in the brain. The NSF has triggered a Food and Drug Administration (FDA) black-box warning and a contraindication of some GBCAs. The finding of Gd depositions led to an ongoing FDA investigation to monitor their possible long-term adverse effects. Here, we present T 1 -weighted contrast-enhanced MR imaging and angiography using zwitterion-coated exceedingly small superparamagnetic iron oxide nanoparticles (ZES-SPIONs) in mice and rats. Renal clearance and biodistribution results further demonstrate that ZES-SPIONs are qualitatively different from previously reported SPIONs. This work may open up opportunities to develop exceedingly small SPIONs that show effective T 1 contrast as Gd-free alternatives to GBCAs.

Emerging evidence suggests that microbes resident in the human intestine represent a key environmental factor contributing to obesity-associated disorders. Here, we demonstrate that the gut microbiota-initiated trimethylamine N-oxide (TMAO)-generating pathway is linked to obesity and energy metabolism. In multiple clinical cohorts, systemic levels of TMAO were observed to strongly associate with type 2 diabetes. In addition, circulating TMAO levels were associated with obesity traits in the different inbred strains represented in the Hybrid Mouse Diversity Panel. Further, antisense oligonucleotide-mediated knockdown or genetic deletion of the TMAO-producing enzyme flavin-containing monooxygenase 3 (FMO3) conferred protection against obesity in mice. Complimentary mouse and human studies indicate a negative regulatory role for FMO3 in the beiging of white adipose tissue. Collectively, our studies reveal a link between the TMAO-producing enzyme FMO3 and obesity and the beiging of white adipose tissue.

Adipose tissue can recruit catabolic adipocytes that utilize chemical energy to dissipate heat. This process occurs either by uncoupled respiration through uncoupling protein 1 (UCP1) or by utilizing ATP-dependent futile cycles (FCs). However, it remains unclear how these pathways coexist since both processes rely on the mitochondrial membrane potential. Utilizing single-nucleus RNA sequencing to deconvolute the heterogeneity of subcutaneous adipose tissue in mice and humans, we identify at least 2 distinct subpopulations of beige adipocytes: FC-adipocytes and UCP1-beige adipocytes. Importantly, we demonstrate that the FC-adipocyte subpopulation is highly metabolically active and utilizes FCs to dissipate energy, thus contributing to thermogenesis independent of Ucp1. Furthermore, FC-adipocytes are important drivers of systemic energy homeostasis and linked to glucose metabolism and obesity resistance in humans. Taken together, our findings identify a noncanonical thermogenic adipocyte subpopulation, which could be an important regulator of energy homeostasis in mammals.

Abstract In brown adipose tissue (iBAT), the balance of lipid/glucose uptake and lipolysis is regulated by insulin signaling. Downstream of the insulin receptor, PDK1 and mTORC2 phosphorylate AKT, which activates glucose uptake and lysosomal mTORC1 signaling. The latter requires the late endosomal/lysosomal adaptor and MAPK and mTOR activator (LAMTOR/Ragulator). Deletion of LAMTOR2 (and thereby loss of the LAMTOR complex) in mouse adipocytes resulted in insulin-independent AKT hyperphosphorylation in iBAT, causing increased glucose and fatty acid uptake as evidenced by massively enlarged lipid droplets. As LAMTOR2 was essential for the upregulation of de novo lipogenesis, LAMTOR2 deficiency triggered exogenous glucose storage as glycogen in iBAT. These effects are cell autonomous, since AKT hyperphosphorylation was reversed by PI3K inhibition or by deletion of the mTORC2 component Rictor in LAMTOR2-deficient mouse embryonic fibroblasts. We identified a homeostatic circuit connecting LAMTOR-mTORC1 signaling with PI3K-mTORC2-AKT signaling downstream of the insulin receptor to maintain iBAT metabolism.