Abstract The de novo synthesis of the nonessential amino acid serine is often upregulated in cancer. In this study, we demonstrate that the serine catabolic enzyme, mitochondrial serine hydroxymethyltransferase (SHMT2), is induced when MYC-transformed cells are subjected to hypoxia. In mitochondria, SHMT2 can initiate the degradation of serine to CO2 and NH4+, resulting in net production of NADPH from NADP+. Knockdown of SHMT2 in MYC-dependent cells reduced cellular NADPH:NADP+ ratio, increased cellular reactive oxygen species, and triggered hypoxia-induced cell death. In vivo, SHMT2 suppression led to impaired tumor growth. In MYC-amplified neuroblastoma patient samples, there was a significant correlation between SHMT2 and hypoxia-inducible factor-1 α (HIF1α), and SHMT2 expression correlated with unfavorable patient prognosis. Together, these data demonstrate that mitochondrial serine catabolism supports tumor growth by maintaining mitochondrial redox balance and cell survival. Significance: In this study, we demonstrate that the mitochondrial enzyme SHMT2 is induced upon hypoxic stress and is critical for maintaining NADPH production and redox balance to support tumor cell survival and growth. Cancer Discov; 4(12); 1406–17. ©2014 AACR. See related commentary by Martínez-Reyes and Chandel, p. 1371 This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1355

Strong evidence implicates the complement pathway as an important contributor to amyloid pathology in Alzheimer’s disease (AD); however, the role of complement in tau modulation remains unclear. Here we show that the expression of C3 and C3a receptor (C3aR1) are positively correlated with cognitive decline and Braak staging in human AD brains. Deletion of C3ar1 in PS19 mice results in the rescue of tau pathology and attenuation of neuroinflammation, synaptic deficits, and neurodegeneration. Through RNA sequencing and cell-type-specific transcriptomic analysis, we identify a C3aR-dependent transcription factor network that regulates a reactive glial switch whose inactivation ameliorates disease-associated microglia and neurotoxic astrocyte signatures. Strikingly, this C3aR network includes multiple genes linked to late-onset AD. Mechanistically, we identify STAT3 as a direct target of C3-C3aR signaling that functionally mediates tau pathogenesis. All together our findings demonstrate a crucial role for activation of the C3-C3aR network in mediating neuroinflammation and tau pathology.

Invertebrate model systems are powerful tools for studying human disease owing to their genetic tractability and ease of screening. We conducted a mosaic genetic screen of lethal mutations on the Drosophila X chromosome to identify genes required for the development, function, and maintenance of the nervous system. We identified 165 genes, most of whose function has not been studied in vivo. In parallel, we investigated rare variant alleles in 1,929 human exomes from families with unsolved Mendelian disease. Genes that are essential in flies and have multiple human homologs were found to be likely to be associated with human diseases. Merging the human data sets with the fly genes allowed us to identify disease-associated mutations in six families and to provide insights into microcephaly associated with brain dysgenesis. This bidirectional synergism between fly genetics and human genomics facilitates the functional annotation of evolutionarily conserved genes involved in human health.