The glycolytic metabolism of cancers differs from normal tissues, allowing tumor cells to survive under oxidative stress.

Summary

 Macrophages activated by the TLR4 agonist LPS undergo dramatic changes in their metabolic activity. We here show that LPS induces expression of the key metabolic regulator Pyruvate Kinase M2 (PKM2). Activation of PKM2 using two well-characterized small molecules, DASA-58 and TEPP-46, inhibited LPS-induced Hif-1α and IL-1β, as well as the expression of a range of other Hif-1α-dependent genes. Activation of PKM2 attenuated an LPS-induced proinflammatory M1 macrophage phenotype while promoting traits typical of an M2 macrophage. We show that LPS-induced PKM2 enters into a complex with Hif-1α, which can directly bind to the IL-1β promoter, an event that is inhibited by activation of PKM2. Both compounds inhibited LPS-induced glycolytic reprogramming and succinate production. Finally, activation of PKM2 by TEPP-46 in vivo inhibited LPS and Salmonella typhimurium-induced IL-1β production, while boosting production of IL-10. PKM2 is therefore a critical determinant of macrophage activation by LPS, promoting the inflammatory response.

Cancer cells engage in a metabolic program to enhance biosynthesis and support cell proliferation. The regulatory properties of pyruvate kinase M2 (PKM2) influence altered glucose metabolism in cancer. The interaction of PKM2 with phosphotyrosine-containing proteins inhibits enzyme activity and increases the availability of glycolytic metabolites to support cell proliferation. This suggests that high pyruvate kinase activity may suppress tumor growth. We show that expression of PKM1, the pyruvate kinase isoform with high constitutive activity, or exposure to published small-molecule PKM2 activators inhibits the growth of xenograft tumors. Structural studies reveal that small-molecule activators bind PKM2 at the subunit interaction interface, a site that is distinct from that of the endogenous activator fructose-1,6-bisphosphate (FBP). However, unlike FBP, binding of activators to PKM2 promotes a constitutively active enzyme state that is resistant to inhibition by tyrosine-phosphorylated proteins. These data support the notion that small-molecule activation of PKM2 can interfere with anabolic metabolism.

Immune protection from intracellular pathogens depends on the generation of terminally differentiated effector and of multipotent memory precursor CD8 T cells, which rapidly regenerate effector and memory cells during recurrent infection. The identification of factors and pathways involved in CD8 T cell differentiation is of obvious importance to improve vaccination strategies. Here, we show that mice lacking T cell factor 1 (Tcf-1), a nuclear effector of the canonical Wingless/Integration 1 (Wnt) signaling pathway, mount normal effector and effector memory CD8 T cell responses to infection with lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV). However, Tcf-1–deficient CD8 T cells are selectively impaired in their ability to expand upon secondary challenge and to protect from recurrent virus infection. Tcf-1–deficient mice essentially lack CD8 memory precursor T cells, which is evident already at the peak of the primary response, suggesting that Tcf-1 programs CD8 memory cell fate. The function of Tcf-1 to establish CD8 T cell memory is dependent on the catenin-binding domain in Tcf-1 and requires the Tcf-1 coactivators and Wnt signaling intermediates β-catenin and γ-catenin. These findings demonstrate that the canonical Wnt signaling pathway plays an essential role for CD8 central memory T cell differentiation under physiological conditions in vivo. They raise the possibility that modulation of Wnt signaling may be exploited to improve the generation of CD8 memory T cells during vaccination or for therapies designed to promote sustained cytotoxic CD8 T cell responses against tumors.

Abstract Neutrophils are implicated in multiple homeostatic and pathological processes, but whether functional diversity requires discrete neutrophil subsets is not known. Here, we apply single-cell RNA sequencing to neutrophils from normal and inflamed mouse tissues. Whereas conventional clustering yields multiple alternative organizational structures, diffusion mapping plus RNA velocity discloses a single developmental spectrum, ordered chronologically. Termed here neutrotime, this spectrum extends from immature pre-neutrophils, largely in bone marrow, to mature neutrophils predominantly in blood and spleen. The sharpest increments in neutrotime occur during the transitions from pre-neutrophils to immature neutrophils and from mature marrow neutrophils to those in blood. Human neutrophils exhibit a similar transcriptomic pattern. Neutrophils migrating into inflamed mouse lung, peritoneum and joint maintain the core mature neutrotime signature together with new transcriptional activity that varies with site and stimulus. Together, these data identify a single developmental spectrum as the dominant organizational theme of neutrophil heterogeneity.

Summary The stem cell theory that all blood cells are derived from hematopoietic stem cell (HSC) is a central dogma in hematology. However, various types of blood cells are already produced from hemogenic endothelial cells (HECs) before the first HSCs appear at embryonic day (E)11 in the mouse embryo. This early blood cell production from HECs, called HSC-independent hematopoiesis, includes primitive and definitive erythromyeloid progenitors that transiently support fetal blood homeostasis until HSC-derived hematopoiesis is established. Lymphoid potential has traditionally been detected in the extra-embryonic yolk sac (YS) and/or embryos before HSC emergence, but the actual presence of lymphoid progenitors at this stage remains unknown. In addition, whether HSCs in the fetal liver are the main source of innate-like B-1a cells has been controversial. Here, using complementary lineage tracing mouse models, we show that HSC-independent multipotent progenitors (MPPs) and HSC-independent adoptive B-lymphoid progenitors persist into adult life. Furthermore, HSCs minimally contribute to the peritoneal B-1a cell pool; most B-1a cells are originated directly from ECs in the YS and embryo and HSC-independent for life. Our discovery of extensive HSC-independent MPP and B-lymphoid progenitors in adults attests to the complex blood developmental dynamics through embryo to adult that underpin the immune system and challenges the paradigm of HSC theory in hematology.

Lymphoid tissue inducer (LTi) cells develop during intrauterine life and rely on developmental programs to initiate the organogenesis of secondary lymphoid organs (SLOs). This evolutionary conserved process endows the fetus with the ability to orchestrate the immune response after birth and to react to the triggers present in the environment. While it is established that LTi function can be shaped by maternal-derived cues and is critical to prepare the neonate with a functional scaffold to mount immune response, the cellular mechanisms that control anatomically distinct SLO organogenesis remain unclear. We discovered that LTi cells forming Peyer's patches, gut-specific SLOs, require the coordinated action of two migratory G protein coupled receptors (GPCR) GPR183 and CCR6. These two GPCRs are uniformly expressed on LTi cells across SLOs, but their deficiency specifically impacts Peyer's patch formation, even when restricted to fetal window. The unique CCR6 ligand is CCL20, while the ligand for GPR183 is the cholesterol metabolite 7α,25-Dihydroxycholesterol (7α,25-HC), whose production is controlled by the enzyme cholesterol 25-hydroxylase (CH25H). We identified a fetal stromal cell subset that expresses CH25H and attracts LTi cells in the nascent Peyer's patch anlagen. GPR183 ligand concentration can be modulated by the cholesterol content in the maternal diet and impacts LTi cell maturation in vitro and in vivo, highlighting a link between maternal nutrients and intestinal SLO organogenesis. Our findings revealed that in the fetal intestine, cholesterol metabolite sensing by GPR183 in LTi cells for Peyer's patch formation is dominant in the duodenum, the site of cholesterol absorption in the adult. This anatomic requirement suggests that embryonic, long-lived non-hematopoietic cells might exploit adult metabolic functions to ensure highly specialized SLO development in utero.

Atopic Dermatitis (AD) is a T cell-mediated chronic skin disease and is associated with altered skin barrier integrity. Infants with mutations in genes involved in tissue barrier fitness are predisposed towards inflammatory diseases, but most do not develop or sustain the diseases, suggesting that there exist regulatory immune mechanisms to repair tissues and/or prevent aberrant inflammation. The absence of one single murine dermal cell type, the innate neonatal- derived IL-17 producing gd T (Tγδ17) cells, from birth resulted in spontaneous, highly penetrant AD with all the major hallmarks of human AD. In Tgd17 cell-deficient mice, basal keratinocyte transcriptome was altered months in advance of AD induction. Fulminant disease is driven by skin commensal bacteria dysbiosis and highly expanded dermal ab T clonotypes that produce the type three cytokines, IL-17 and IL-22. These results demonstrate that neonatal Tgd17 cells are innate skin regulatory T cells. The bifurcation of type 3 cytokine producing skin T cells into the homeostatic, early innate and pathogen-sensing, late adaptive T cell compartments underpin healthy skin and accounts for the dual function of type 3 cytokines in skin maintenance and inflammation.