Cancer cells avidly take up glucose and convert it to lactate while eschewing oxidative phosphorylation. This phenomenon is critical for maximal tumorigenicity, and is in part explained by the almost universal reversion of tumours to the embryonic form of pyruvate kinase, PKM2. Here, David et al. now show that aberrant expression of the splicing factors PTB, hnRNPA1 and hnRNPA2, which are themselves regulated by the c-Myc oncogene, is responsible for the PKM1 to PKM2 switch in cancer. This work adds to our understanding of alternative splicing and its role in cancer cell growth. Expression of the embryonic M2 isoform of pyruvate kinase (PKM2) by tumour cells promotes aerobic glycolysis, whereas the normal adult isoform, PKM1, promotes oxidative phosphorylation. Expression of these isoforms is regulated by alternative splicing; here, aberrant expression of three heterogeneous nuclear ribonucleoprotein splicing factors, which are themselves regulated by the c-Myc oncogene, is shown to be responsible for the M1 to M2 switch in cancer. When oxygen is abundant, quiescent cells efficiently extract energy from glucose primarily by oxidative phosphorylation, whereas under the same conditions tumour cells consume glucose more avidly, converting it to lactate. This long-observed phenomenon is known as aerobic glycolysis1, and is important for cell growth2,3. Because aerobic glycolysis is only useful to growing cells, it is tightly regulated in a proliferation-linked manner4. In mammals, this is partly achieved through control of pyruvate kinase isoform expression. The embryonic pyruvate kinase isoform, PKM2, is almost universally re-expressed in cancer2, and promotes aerobic glycolysis, whereas the adult isoform, PKM1, promotes oxidative phosphorylation2. These two isoforms result from mutually exclusive alternative splicing of the PKM pre-mRNA, reflecting inclusion of either exon 9 (PKM1) or exon 10 (PKM2). Here we show that three heterogeneous nuclear ribonucleoprotein (hnRNP) proteins, polypyrimidine tract binding protein (PTB, also known as hnRNPI), hnRNPA1 and hnRNPA2, bind repressively to sequences flanking exon 9, resulting in exon 10 inclusion. We also demonstrate that the oncogenic transcription factor c-Myc upregulates transcription of PTB, hnRNPA1 and hnRNPA2, ensuring a high PKM2/PKM1 ratio. Establishing a relevance to cancer, we show that human gliomas overexpress c-Myc, PTB, hnRNPA1 and hnRNPA2 in a manner that correlates with PKM2 expression. Our results thus define a pathway that regulates an alternative splicing event required for tumour cell proliferation.

TGF-β signaling can be pro-tumorigenic or tumor suppressive. We investigated this duality in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA), which, with other gastrointestinal cancers, exhibits frequent inactivation of the TGF-β mediator Smad4. We show that TGF-β induces an epithelial-mesenchymal transition (EMT), generally considered a pro-tumorigenic event. However, in TGF-β-sensitive PDA cells, EMT becomes lethal by converting TGF-β-induced Sox4 from an enforcer of tumorigenesis into a promoter of apoptosis. This is the result of an EMT-linked remodeling of the cellular transcription factor landscape, including the repression of the gastrointestinal lineage-master regulator Klf5. Klf5 cooperates with Sox4 in oncogenesis and prevents Sox4-induced apoptosis. Smad4 is required for EMT but dispensable for Sox4 induction by TGF-β. TGF-β-induced Sox4 is thus geared to bolster progenitor identity, whereas simultaneous Smad4-dependent EMT strips Sox4 of an essential partner in oncogenesis. Our work demonstrates that TGF-β tumor suppression functions through an EMT-mediated disruption of a lineage-specific transcriptional network.

Osteoarthritis (OA) is a degenerative joint disease, and the mechanism of its pathogenesis is poorly understood. Recent human genetic association studies showed that mutations in the Frzb gene predispose patients to OA, suggesting that the Wnt/beta-catenin signaling may be the key pathway to the development of OA. However, direct genetic evidence for beta-catenin in this disease has not been reported. Because tissue-specific activation of the beta-catenin gene (targeted by Col2a1-Cre) is embryonic lethal, we specifically activated the beta-catenin gene in articular chondrocytes in adult mice by generating beta-catenin conditional activation (cAct) mice through breeding of beta-catenin(fx(Ex3)/fx(Ex3)) mice with Col2a1-CreER(T2) transgenic mice. Deletion of exon 3 of the beta-catenin gene results in the production of a stabilized fusion beta-catenin protein that is resistant to phosphorylation by GSK-3beta. In this study, tamoxifen was administered to the 3- and 6-mo-old Col2a1-CreER(T2);beta-catenin(fx(Ex3)/wt) mice, and tissues were harvested for histologic analysis 2 mo after tamoxifen induction. Overexpression of beta-catenin protein was detected by immunostaining in articular cartilage tissues of beta-catenin cAct mice. In 5-mo-old beta-catenin cAct mice, reduction of Safranin O and Alcian blue staining in articular cartilage tissue and reduced articular cartilage area were observed. In 8-mo-old beta-catenin cAct mice, cell cloning, surface fibrillation, vertical clefting, and chondrophyte/osteophyte formation were observed. Complete loss of articular cartilage layers and the formation of new woven bone in the subchondral bone area were also found in beta-catenin cAct mice. Expression of chondrocyte marker genes, such as aggrecan, Mmp-9, Mmp-13, Alp, Oc, and colX, was significantly increased (3- to 6-fold) in articular chondrocytes derived from beta-catenin cAct mice. Bmp2 but not Bmp4 expression was also significantly upregulated (6-fold increase) in these cells. In addition, we also observed overexpression of beta-catenin protein in the knee joint samples from patients with OA. These findings indicate that activation of beta-catenin signaling in articular chondrocytes in adult mice leads to the premature chondrocyte differentiation and the development of an OA-like phenotype. This study provides direct and definitive evidence about the role of beta-catenin in the development of OA.

Abstract Background Hematopoietic stem cell (HSC) regeneration underlies hematopoietic recovery from myelosuppression, which is a life-threatening side effect of cytotoxicity. HSC niche is profoundly disrupted after myelosuppressive injury, while if and how the niche is reshaped and regulates HSC regeneration are poorly understood. Methods A mouse model of radiation injury-induced myelosuppression was built by exposing mice to a sublethal dose of ionizing radiation. The dynamic changes in the number, distribution and functionality of HSCs and megakaryocytes were determined by flow cytometry, immunofluorescence, colony assay and bone marrow transplantation, in combination with transcriptomic analysis. The communication between HSCs and megakaryocytes was determined using a coculture system and adoptive transfer. The signaling mechanism was investigated both in vivo and in vitro, and was consolidated using megakaryocyte-specific knockout mice and transgenic mice. Results Megakaryocytes become a predominant component of HSC niche and localize closer to HSCs after radiation injury. Meanwhile, transient insulin-like growth factor 1 (IGF1) hypersecretion is predominantly provoked in megakaryocytes after radiation injury, whereas HSCs regenerate paralleling megakaryocytic IGF1 hypersecretion. Mechanistically, HSCs are particularly susceptible to megakaryocytic IGF1 hypersecretion, and mTOR downstream of IGF1 signaling not only promotes activation including proliferation and mitochondrial oxidative metabolism of HSCs, but also inhibits ferritinophagy to restrict HSC ferroptosis. Consequently, the delicate coordination between proliferation, mitochondrial oxidative metabolism and ferroptosis ensures functional HSC expansion after radiation injury. Importantly, punctual IGF1 administration simultaneously promotes HSC regeneration and hematopoietic recovery after radiation injury, representing a superior therapeutic approach for myelosuppression. Conclusions Our study identifies megakaryocytes as a last line of defense against myelosuppressive injury and megakaryocytic IGF1 as a novel niche signal safeguarding HSC regeneration.

Reactive oxygen species (ROS) are generated by aerobic metabolism, and their deleterious effects are buffered by the cellular antioxidant response, which prevents oxidative stress. The nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2) is a master transcriptional regulator of the antioxidant response. Basal levels of NRF2 are kept low by ubiquitin-dependent degradation of NRF2 by E3 ligases, including the Kelch-like ECH-associated protein 1 (KEAP1). Here, we show that the stability and function of NRF2 is regulated by the type I phosphatidylinositol phosphate kinase g (PIPKIg), which binds NRF2 and transfers its product phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PtdIns(4,5)P 2 ) to NRF2. PtdIns(4,5)P 2 binding recruits the small heat shock protein HSP27 to the complex. Silencing PIPKIg or HSP27 destabilizes NRF2, reduces expression of its target gene HO-1, and sensitizes cells to oxidative stress. These data demonstrate an unexpected role of phosphoinositides and HSP27 in regulating NRF2 and point to PIPKIg and HSP27 as drug targets to destabilize NRF2 in cancer.Phosphoinositides are coupled to NRF2 by PIPKIγ, and HSP27 is recruited and stabilizes NRF2, promoting stress-resistance.

Hematopoietic stem cells (HSCs) employ a very unique metabolic pattern to maintain themselves, while the spectrum of their metabolic adaptations remains incompletely understood. Here, we uncover a distinct and heterogeneous serine metabolism within HSCs and identify mouse HSCs as a serine auxotroph whose maintenance relies on exogenous serine and the ensuing mitochondrial serine catabolism driven by the hydroxymethyltransferase 2 (SHMT2)-methylene-tetrahydrofolate dehydrogenase 2 (MTHFD2) axis. Mitochondrial serine catabolism primarily feeds NAD(P)H generation to maintain redox balance and thereby diminishes ferroptosis susceptibility of HSCs. Dietary serine deficiency, or genetic or pharmacological inhibition of the SHMT2-MTHFD2 axis, increases ferroptosis susceptibility of HSCs, leading to impaired maintenance of the HSC pool. Moreover, exogenous serine protects HSCs from irradiation-induced myelosuppressive injury by fueling mitochondrial serine catabolism to mitigate ferroptosis. These findings reframe the canonical view of serine from a nonessential amino acid to an essential niche metabolite for HSC pool maintenance.

Ectopic thyroid tissue is a developmental disorder and is extraordinarily rare to occur in the central airway. To our knowledge, nearly few reports of primary ectopic thyroid carcinoma in the central airway with a normal eutopic thyroid gland have been published to date. This is the second case about malignant central airway obstruction caused by primary ectopic thyroid carcinoma. 65-year-old male was admitted to hospital for coughing accompanied by wheezing that recent exacerbated at night.The chest computed tomography scan revealed a soft tissue-density mass within the central trachea.The mass was removed and pathological analysis showed that it was ectopic thyroid carcinoma surprisingly. The goitrous thyroid gland was found in its expected location. Ectopic thyroid carcinoma should be considered in the differential diagnosis of a pathological mass located in central airway.