Metabolic regulation has been recognized as a powerful principle guiding immune responses. Inflammatory macrophages undergo extensive metabolic rewiring 1 marked by the production of substantial amounts of itaconate, which has recently been described as an immunoregulatory metabolite 2 . Itaconate and its membrane-permeable derivative dimethyl itaconate (DI) selectively inhibit a subset of cytokines 2 , including IL-6 and IL-12 but not TNF. The major effects of itaconate on cellular metabolism during macrophage activation have been attributed to the inhibition of succinate dehydrogenase2,3, yet this inhibition alone is not sufficient to account for the pronounced immunoregulatory effects observed in the case of DI. Furthermore, the regulatory pathway responsible for such selective effects of itaconate and DI on the inflammatory program has not been defined. Here we show that itaconate and DI induce electrophilic stress, react with glutathione and subsequently induce both Nrf2 (also known as NFE2L2)-dependent and -independent responses. We find that electrophilic stress can selectively regulate secondary, but not primary, transcriptional responses to toll-like receptor stimulation via inhibition of IκBζ protein induction. The regulation of IκBζ is independent of Nrf2, and we identify ATF3 as its key mediator. The inhibitory effect is conserved across species and cell types, and the in vivo administration of DI can ameliorate IL-17–IκBζ-driven skin pathology in a mouse model of psoriasis, highlighting the therapeutic potential of this regulatory pathway. Our results demonstrate that targeting the DI–IκBζ regulatory axis could be an important new strategy for the treatment of IL-17–IκBζ-mediated autoimmune diseases. The immunoregulatory metabolite itaconate and its dimethyl derivative induce electrophilic stress and react with glutathione to induce both Nrf2-dependent and Nrf2-independent responses, resulting in AF3-mediated inhibition of the inflammation-related protein IκBζ.

Carbon fixation by chemoautotrophic microorganisms in the dark ocean has a major impact on global carbon cycling and ecological relationships in the ocean's interior, but the relevant taxa and energy sources remain enigmatic. We show evidence that nitrite-oxidizing bacteria affiliated with the Nitrospinae phylum are important in dark ocean chemoautotrophy. Single-cell genomics and community metagenomics revealed that Nitrospinae are the most abundant and globally distributed nitrite-oxidizing bacteria in the ocean. Metaproteomics and metatranscriptomics analyses suggest that nitrite oxidation is the main pathway of energy production in Nitrospinae. Microautoradiography, linked with catalyzed reporter deposition fluorescence in situ hybridization, indicated that Nitrospinae fix 15 to 45% of inorganic carbon in the mesopelagic western North Atlantic. Nitrite oxidation may have a greater impact on the carbon cycle than previously assumed.

The genetic modules that contribute to human evolution are poorly understood. We identified positive selection for two independent involucrin ( IVL ) haplotypes in European (CEU) and Asian (JPT/CHB) populations for skin epidermis. CEU IVL associated with increased IVL and a known epidermal-specific enhancer underwent a recent selective sweep out-of-Africa correlating with increased northern latitude. CRISPR/Cas9 deletion of the mouse enhancer revealed enhancer-mediated cis regulation for Ivl expression with human population-specific enhancer reporter assays confirming the additive effect. Furthermore, IVL enhancer eQTLs associated with decreased IVL together with filaggrin loss-of-function variants are enriched in atopic dermatitis cases vs. controls. Together, our enhancer- IVL cis regulatory module findings reveal an emerging paradigm for recently evolved traits to impact skin disease risk in contemporary populations.

Abstract Cardiac muscle has the highest mitochondrial density of any human tissue, but mitochondrial dysfunction is not a recognized cause of isolated cardiomyopathy. Here, we determined that the rare mitofusin (MFN) 2 R400Q mutation is ~20x over-represented in clinical cardiomyopathy, whereas this specific mutation is not reported as a cause of the MFN2 mutant-induced peripheral neuropathy, Charcot-Marie-Tooth disease type 2A (CMT2A). Accordingly, we interrogated the enzymatic, biophysical and functional characteristics of MFN2 Q400 versus wild-type and representative CMT2A-causing MFN2 mutants. All MFN2 mutants we studied suppressed mitochondrial fusion, the canonical MFN2 function. Compared to CMT2A mutants MFN2 R94Q and T105M that lacked catalytic GTPase activity and exhibited normal activation-induced changes in conformation, MFN2 Q400 had normal GTPase activity with impaired conformational shifting. GTPase-defective MFN2 mutants, but not MFN2 Q400, suppressed mitochondrial motility, provoked mitochondrial depolarization and reduced mitochondrial respiration. By contrast, MFN2 Q400 was uniquely defective in recruiting Parkin to mitochondria. CRISPR editing of the R400Q mutation into the mouse Mfn2 gene induced perinatal cardiomyopathy with no other organ involvement. RNA sequencing and metabolomics of cardiomyopathic Mfn2 Q400 hearts revealed signature abnormalities recapitulating experimental mitophagic cardiomyopathy. Indeed, cardiomyoblasts expressing MFN2 Q400 exhibited multiple mitophagy defects, but normal mitochondrial respiration. MFN2 Q400 is the first known natural mitophagy- and shape change-defective MFN2 mutant. Its unique profile of dysfunction evokes mitophagic cardiomyopathy, suggesting a mechanism for its enrichment in clinical cardiomyopathy.