Abstract MicroRNA-221-3p (miR-221-3p) is associated with both metabolic diseases and cancers. However, its role in terminal adipocyte differentiation, adipocyte lipid metabolism, and lipid signaling in human disease are uncharacterized. miR-221-3p or its inhibitor were transfected into differentiating or mature human adipocytes. Triglyceride (TG) content and adipogenic gene expression were monitored, global lipidome analysis was carried out, and mechanisms underlying the effects of miR-221-3p were investigated. Finally, cross-talk between miR-221-3p expressing adipocytes and MCF-7 breast carcinoma (BC) cells was studied, and miR-221-3p expression in tumor-proximal adipose biopsies from BC patients analyzed. miR-221-3p overexpression inhibited terminal differentiation of adipocytes, as judged from reduced TG storage and gene expression of the adipogenic markers SCD1, GLUT4, FAS, DGAT1/2, AP2, ATGL and AdipoQ . The signaling adaptor protein 14-3-3γ was identified as a potential mediator of the miR-221-3p effects. Importantly, miR-221-3p overexpression inhibited de novo lipogenesis but increased the concentrations of ceramides and sphingomyelins, while reducing diacylglycerols, concomitant with suppression of sphingomyelin phosphodiesterase, ATP citrate lyase, and acid ceramidase. miR-221-3p expression was elevated in tumor proximal adipose tissue from patients with invasive BC. Conditioned medium of miR-221-3p overexpressing adipocytes stimulated the invasion and proliferation of BC cells, while medium of the BC cells enhanced miR-221-3p expression in adipocytes. miR-221-3p plays a pivotal role in the terminal differentiation of white adipocytes and their lipid composition. Elevated miR-221-3p impairs adipocyte lipid storage and differentiation, and modifies their ceramide, sphingomyelin, and diacylglycerol content. These alterations are relevant for metabolic diseases but may also affect cancer progression.

Lipid composition is conserved within sub-cellular compartments to maintain cell function. Lipidomic analyses of liver, muscle, white and brown adipose tissue (BAT) mitochondria revealed substantial differences in their glycerophospholipid (GPL) and free cholesterol (FC) contents. The GPL to FC ratio was 50-fold higher in brown than white adipose tissue mitochondria. Their purity was verified by comparison of proteomes with ER and mitochondria-associated membranes. A lipid signature containing PC and FC, calculated from the lipidomic profiles, allowed differentiation of mitochondria from BAT of mice housed at different temperatures. Elevating FC in BAT mitochondria prevented uncoupling protein (UCP) 1 function, whereas increasing GPL boosted it. Similarly, STARD3 overexpression facilitating mitochondrial FC import inhibited UCP1 function in primary brown adipocytes, whereas a knockdown promoted it. We conclude that the mitochondrial GPL/FC ratio is key for BAT function and propose that targeting it might be a promising strategy to promote UCP1 activity.

Phosphatidylcholine (PC) is an essential lipid for liver health and lipoprotein metabolism, but its circulating levels have rarely been studied in patients with cirrhosis. Chronic hepatitis C virus (HCV) infection causes lipid abnormalities and is a major cause of cirrhosis. Effective HCV elimination with direct-acting antivirals (DAAs) is associated with the normalization of serum low-density lipoprotein cholesterol levels. Since PC is abundant in all lipoprotein particles, this study analyzed the association between serum PC species levels and liver cirrhosis before and after HCV eradication. Therefore, 27 PC species were measured by Fourier Transform Mass Spectrometry in the serum of 178 patients with chronic HCV infection at baseline and in 176 of these patients at the end of therapy. The PC species did not correlate with viral load, and the levels of 13 PC species were reduced in patients infected with genotype 3a compared to those affected with genotype 1. Four PC species were slightly elevated 12 weeks after DAA initiation, and genotype-related changes were largely normalized. Patients with HCV and cirrhosis had higher serum levels of PC 30:0 and 32:0 before and at the end of therapy. PC species containing polyunsaturated fatty acids were mostly decreased in cirrhosis. The levels of polyunsaturated, but not saturated, PC species were inversely correlated with the model of the end-stage liver disease score. A receiver operating characteristic curve analysis showed area under the curve values of 0.814 and 0.826 for PC 32:0 and 0.917 and 0.914 for % PC 32:0 (relative to the total PC levels) for the classification of cirrhosis at baseline and at the end of therapy, respectively. In conclusion, the specific upregulation of PC 32:0 in cirrhosis before and after therapy may be of diagnostic value in HCV-related cirrhosis.

The rapid increase in lipidomic studies has led to a collaborative effort within the community to establish standards and criteria for producing, documenting, and disseminating data. Creating a dynamic easy-to-use checklist that condenses key information about lipidomic experiments into common terminology will enhance the field's consistency, comparability, and repeatability. Here, we describe the structure and rationale of the established Lipidomics Minimal Reporting Checklist to increase transparency in lipidomics research.

Abstract Background & Aims Hepatocyte growth and proliferation is dependent on the synthesis of membrane phospholipids. Lipid synthesis, in turn, requires short chain fatty acids (SCFA) generated by bacterial fermentation, delivered through the gut- liver axis. We therefore hypothesized that dysbiotic insults like antibiotics treatment not only negatively affect gut microbiota, but also impair hepatic lipid synthesis and liver regeneration. Methods Stable isotope labelling and 70% partial hepatectomy (PHx) was carried out in C57Bl/6J wildtype mice, in mice treated with broad-spectrum antibiotics, in germfree mice and gnotobiotic mice colonized with minimal microbiota. Microbiome was analysed by 16S rRNA gene sequencing and microbial culture. Gut content, liver and blood were tested by lipidomics mass spectrometry, qRT-PCR, immunoblot and immunohistochemistry for expression of proliferative and lipogenic markers. Matched biopsies from hyperplastic and hypoplastic liver tissue of human patients subjected to portal vein embolization were analysed by qRT-PCR for lipogenic enzymes and results were correlated with liver volumetry. Results Three days of antibiotics treatment induced persistent dysbiosis with significantly decreased beta-diversity and richness, but massive increase of Proteobacteria , accompanied by decreased colonic SCFA. After PHx, antibiotics- treated mice showed delayed liver regeneration, increased mortality, impaired hepatocyte proliferation and decreased hepatic phospholipid synthesis. Expression of the key lipogenic enzyme SCD1 was upregulated after PHx, but delayed by antibiotics-treatment. Germfree mice essentially recapitulated the phenotype of antibiotics-treatment. Importantly, phospholipid synthesis, hepatocyte proliferation, liver regeneration and survival were rescued in gnotobiotic mice colonized with a minimal SCFA-producing microbial community. SCD1 was required for human hepatoma cell proliferation, and its hepatic expression was associated with liver regeneration and hyperproliferation in human patients. Conclusion Gut microbiota are pivotal for hepatic membrane phospholipid synthesis and liver regeneration. Lay Summary Gut microbiota affects the liver lipid metabolism through the gut-liver axis, and microbial metabolites promote liver regeneration. Perturbations of the microbiome, e.g., by antibiotics treatment, impair the production of bacterial metabolites, which serve as building blocks for new membrane lipids in liver cells. As a consequence, hepatocyte growth and proliferation, and ultimately, liver regeneration and survival after liver surgery is impaired. Highlights Partial hepatectomy in mice pretreated with antibiotics is associated with impaired hepatocyte proliferation and phospholipid synthesis, delayed liver regeneration and increased mortality The delay in liver regeneration and impaired lipogenesis upon antibiotics treatment is preceded by dysbiosis of gut microbiota, increase of Proteobacteria and decreased short-chain fatty acids in the gut Partial hepatectomy in germfree mice essentially phenocopies the detrimental effects of antibiotic treatment Liver regeneration and mortality, as well as phospholipid synthesis and hepatocyte proliferation in germfree mice are fully rescued upon colonisation with a minimal gut bacterial consortium capable of short-chain fatty acid production In human patients, the intrahepatic expression of lipid synthesis enzymes positively correlates with proliferation and liver regeneration in the clinic Thus, liver regeneration is affected by composition of gut microbiota Clinically, pre-operative analysis of the gut microbiome may serve as biomarker to determine the extent of liver resections