background image

Journal Pre-proof

Enzymatic depletion of circulating glutamine is immunosuppressive in cancers

Monish Kumar, Ankita Leekha, Suman Nandy, Rohan Kulkarni, Melisa Martinez-

Paniagua, K M Samiur Rahman Sefat, Richard C. Willson, Navin Varadarajan

PII:

S2589-0042(24)01039-3

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109817

Reference:

ISCI 109817

To appear in:

ISCIENCE

Received Date: 18 November 2023
Revised Date: 13 March 2024
Accepted Date: 24 April 2024

Please cite this article as: Kumar, M., Leekha, A., Nandy, S., Kulkarni, R., Martinez-Paniagua, M.,

Rahman Sefat, K.M.S., Willson, R.C, Varadarajan, N., Enzymatic depletion of circulating glutamine is

immunosuppressive in cancers, 

ISCIENCE

 (2024), doi: 

https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109817

.

This is a PDF file of an article that has undergone enhancements after acceptance, such as the addition

of a cover page and metadata, and formatting for readability, but it is not yet the definitive version of

record. This version will undergo additional copyediting, typesetting and review before it is published

in its final form, but we are providing this version to give early visibility of the article. Please note that,

during the production process, errors may be discovered which could affect the content, and all legal

disclaimers that apply to the journal pertain.

© 2024 Published by Elsevier Inc.

PIIS2589004224010393-html.html
background image

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

Enzymatic depletion of circulating glutamine is immunosuppressive in cancers

 

 

Monish Kumar

1

, Ankita Leekha

1

, Suman Nandy

1

, Rohan Kulkarni

1

, Melisa Martinez-Paniagua

1

, K 

M Samiur Rahman Sefat

1

, Richard C Willson

1

, Navin Varadarajan

1

 

1

William A. Brookshire Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of 

Houston, Houston, TX 77204 

To whom correspondence should be addressed: 

 

Navin Varadarajan, 

 

Department of Chemical and Biomolecular Engineering,

 

University of Houston

 

10 

Houston, Texas, TX  77204, USA

 

11 

Tel: +1-713-743-1691; 

 

12 

E-mail: nvaradar@central.uh.edu 

13 

Lead contact: Navin Varadarajan 

14 

 

 

15 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

Summary

 

16 

Although glutamine addiction in cancer cells is extensively reported, there is controversy 

17 

on the impact of glutamine metabolism on the immune cells within the tumor microenvironment 

18 

(TME).  To  address  the  role  of  extracellular  glutamine,  we  enzymatically  depleted  circulating 

19 

glutamine  using  PEGylated 

Helicobacter  pylori

  Gamma-glutamyl  transferase  (PEG-GGT)  in 

20 

syngeneic  mouse  models  of  breast  and  colon  cancers.  PEG-GGT  treatment  inhibits  growth  of 

21 

cancer cells 

in vitro

, but 

in vivo

 it increases myeloid derived suppressor cells (MDSC) and has no 

22 

significant  impact  on  tumor  growth.  By  deriving  a  glutamine  depletion  signature,  we  analyze 

23 

diverse human cancers within the TCGA and illustrate that glutamine depletion is not associated 

24 

with favorable clinical outcomes and correlates with accumulation of MDSC. Broadly, our results 

25 

help clarify the integrated impact of glutamine depletion within the TME and advance PEG-GGT 

26 

as  an  enzymatic  tool  for  the  systemic  and  selective  depletion  (no  asparaginase  activity)  of 

27 

circulating glutamine in live animals.  

 

 

28 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

Introduction  

29 

Tumorigenesis requires cancer cells to adapt cellular metabolism to utilize scarce nutrients 

30 

that can sustain cellular proliferation

1

. One of the most frequently documented metabolic changes 

31 

in  proliferating  cancer  cells  is  their  addiction  to  glutamine,  the  most  abundant  amino  acid  in 

32 

circulation  (500  µM)

2

.  Glutamine  is  a  carbon  source  by  directly  fueling  the  TCA  cycle,  and  a 

33 

nitrogen  source  by  enabling  nucleotide  and  protein  synthesis

3-5

.  This  metabolic  adaptation  of 

34 

cancer cells to utilize glutamine has been extensively documented in several preclinical and clinical 

35 

studies,  and  glutamine  metabolism  is  an  attractive  therapeutic  target  since  cancer  cells  are 

36 

dependent  on  glutamine

6

.  Indeed,  the  extensive  pathways  involved  in  glutamine  metabolism 

37 

including glutamine transporters, glutaminases, and aminotransferases have all been targeted as 

38 

anti-tumor therapeutics

7-9

.  

 

39 

Despite  extensive 

in  vitro

  data  supporting  the  growth  arrest  of  cancer  cell  lines  in  the 

40 

absence of glutamine, the translation of drugs targeting glutamine metabolism has been largely 

41 

unsuccessful.  Small  molecules  used  to  prevent  glutamine  uptake  by  inhibiting  the  primary 

42 

glutamine  transporters,  ASCT2,  SNAT2,  and  SNAT1,  have  suffered  from  poor  affinity,  lack  of 

43 

specificity, and toxicity

10-12 

. For example, V-9302 was reported as a high affinity inhibitor of ASCT2, 

44 

but  other  studies  suggest  that  it  preferentially  inhibits  SNAT2  and  LAT1,  the  latter  being  the 

45 

primary transporter for essential amino acid uptake

13,14

. The naturally occurring glutamine analog 

46 

6-diazo-5-oxo-L-norleucine  (DON)  inhibits  multiple  enzymes  that  utilize  glutamine,  including 

47 

mitochondrial glutaminases but has translated poorly as a therapeutic primarily due to a narrow 

48 

therapeutic index leading to gastrointestinal toxicity

15

. Although newer, safer prodrugs of DON 

49 

like JHU-083 have been developed, their efficacy derives from not only an anti-proliferative effect 

50 

directly on the tumor cells but also by inducing a strong anti-tumor immune response

16,17

. An 

51 

improved  understanding  of  the  role  of  the  immune  system  and  the  remarkable  success  of 

52 

immunotherapies

18,19

 has renewed focus on the role of extracellular glutamine within the tumor 

53 

microenvironment (TME)

20,21

. Several studies  have shown that targeting  glutamine metabolism 

54 

directly  inhibits  tumor  growth  and  enhances  the  anti-tumor  response  mediated  by  CD8

+

  T 

55 

cells

16,17,22,23

. By contrast, other reports suggest that interfering with glutamine metabolism either 

56 

directly  impacts  the  effector  function  and  proliferation  of  CD8

+

  T  cells,  or  acts  indirectly  by 

57 

upregulating  PDL1  expression  on  cancer  cells  and  functioning  as  a  metabolic  checkpoint  that 

58 

licenses  the  function  of  type  1  conventional  dendritic  cells  in  activating  CD8

+

  T  cells

24-26

. A 

59 

fundamental question that needs to be answered is what is the integrated impact of inhibiting 

60 

glutamine metabolism of both the cancer cells and the immune system?

 

61 

To answer this fundamental question about the pro and anti-tumor function of glutamine 

62 

in  vivo

,  here,  we  used  an  enzymatic  approach  since  enzymes  can  facilitate  the  highly  specific 

63 

depletion of extracellular glutamine. We show that 

Helicobacter pylori (H. pylori) 

GGT (hp-GGT) as 

64 

an enzyme has no asparaginase activity and that PEGylated-hp-GGT (PEG-GGT) can be used to 

65 

efficiently  deplete  circulating  glutamine  while  preserving  asparagine  in  living  animals.  Using 

66 

syngeneic models of breast and colon cancers, we show that depleting circulating glutamine does 

67 

not inhibit tumor growth 

in vivo,

 and this is primarily due to the enrichment of myeloid derived 

68 

suppressive cells (MDSC). Based on the RNA-Seq with PEG-GGT treated cancers in mice, we derive 

69 

a signature for glutamine depletion. Using this glutamine depletion score, we analyzed TCGA and 

70 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

demonstrated that glutamine depletion scores are not associated with increased survival benefit 

71 

in diverse human cancers. Consistent with our animal studies, glutamine depletion is associated 

72 

with a high frequency of MDSCs in human tumors.  

73 

74 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

Results 

75 

H. pylori

 GGT is a high affinity glutaminase with no asparaginase activity 

76 

The  glutaminases  used  to  date  for 

in  vivo

  glutamine  depletion  have  concomitant 

77 

asparaginase activity

27,28

, motivating our efforts to find a glutaminase with no asparaginase activity 

78 

to  uncouple  the  effects  of  asparagine  depletion.  Although  bacterial  glutaminases  with  no 

79 

asparaginase activities exist, these enzymes have low catalytic efficiencies (k

cat

/K

M

 ~10

-3

 s

-1

/µM) 

80 

because of their high K

M

 (2-30 mM) and are inhibited by the product glutamate

29,30

. To utilize 

81 

more  efficient  enzymes  that  function  efficiently  at  physiologically  relevant  glutamine 

82 

concentrations  (500  µM),  we  targeted  the  gamma-glutamyl  transpeptidase  (GGT)  class  of 

83 

enzymes.  GGTs  are  a  class  of  enzymes  that  can  either  transfer  the 

-glutamyl  moiety  from  a 

84 

compound  to  an  acceptor  substrate  or  hydrolyze  the 

-glutamyl  moiety

31,32

  (

Figure  1.A

).  In 

85 

contrast  to  the  asparaginase-glutaminases  which  have  similar  kinetics  for  glutamine  and 

86 

asparagine hydrolysis, we did not find reports of GGT mediated asparaginase activity in literature. 

87 

We specifically focused on the 

Helicobacter pylori (H. pylori) 

GGT (hp-GGT) to facilitate glutamine 

88 

depletion (

Figure 1.B

). As the reported K

M

 of hp-GGT for glutamine hydrolysis is 12 ± 2 µM

33

 

89 

which  is  40  fold  lower  than  physiological  glutamine  concentration,  it  is  a  highly  efficient 

90 

glutaminase  (k

cat

/K

M

  =1.8  ±  0.2  s

-1

/µM)  and  this  activity  is  comparable  to  that  of  potent 

91 

Acinetobacter  glutaminasificans

  asparaginase-glutaminase  (k

cat

/K

M

=1.1  ±  0.2  s

-1

/µM)

28

.  This 

92 

glutaminase activity of hp-GGT is unlike mammalian membrane bound GGTs which have a 100-

93 

fold higher reaction rate for transpeptidation over hydrolysis and function as transferases rather 

94 

than hydrolases under physiological conditions

34

.  

95 

To produce hp-GGT recombinantly, we expressed and purified the codon optimized wild-

96 

type hp-GGT gene in 

E. coli

 Rosetta-2 cells with an N-terminal 6x-His tag as described previously 

97 

(

Figure

 

1.C

)

33

. Consistent with previous reports, the hp-GGT propeptide underwent autocatalytic 

98 

cleavage, and we observed two distinct bands of 40 and 20 kDa

33,35

 (

Figure 1.B

). To confirm that 

99 

this fragmentation was due to autoproteolysis, we cloned, expressed, and purified the hp-GGT 

100 

T380A  mutant  which  lacks  the  autocatalytic  cleavage  capability  because  of  the  absence  of 

101 

nucleophilic threonine

36

. The T380A mutant appeared as a single 60 kDa band on SDS-PAGE gel 

102 

(

Figure 1.C

). Since our motivation was to explore hp-GGT as a glutaminase 

in vivo

, we conjugated 

103 

polyethylene  glycol  (NHS-PEG-5000)  to  lysine  residues  of  hp-GGT  to  prevent  renal  clearance, 

104 

increase circulation persistence, and mask immunogenicity

37

 (

Figure 1.D

). We used the standard 

105 

NHS ester conjugation chemistry and confirmed the conjugation of PEG chains to hp-GGT using 

106 

a standard SDS-PAGE gel (

Figure 1.E

).  

107 

 

To verify that PEGylation did not significantly alter the catalytic efficiency of the enzyme 

108 

for  glutamine  hydrolysis,  we  characterized  kinetics  using  the  chromogenic  substrate,  L-

-

109 

glutamyl-para-nitroanilide (

GPNA). The V

max

 [2.9 

 0.2 

mol/(min.mg)] and K

M

 (21 

 5 

M) of hp-

110 

GGT at 37 °C  were consistent with the published  values

33,35

. PEG-GGT hydrolyzed 

GPNA  with 

111 

similar kinetics with V

max

 and K

M

 values of 2.4 

 0.2 

mol/(min.mg) and 23 

 8 

M respectively 

112 

(

Figure 1.F

). As glutamine is the most abundant physiologically relevant substrate for hp-GGT, 

113 

the kinetics of glutamine hydrolysis by hp-GGT is well established and has been reported to be 

114 

the  same  as 

GPNA

33,35

.  To  confirm  that  PEG-GGT  showed  similar  kinetics  for  glutamine  and 

115 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

GPNA, we set up a competitive assay in which we added equimolar amounts of glutamine and 

116 

GPNA and monitored the release of the chromophore p-nitroaniline (PNA). At concentrations 

117 

from 500 

M to 60 

M, the rate of release of PNA was approximately half when an equimolar 

118 

amount of glutamine was present compared to no glutamine control (

Figure 1.G

). Collectively, 

119 

these results demonstrate that PEG-GGT has comparable kinetics to the unmodified GGT for the 

120 

hydrolysis  of  glutamine.  Furthermore,  the  glutaminase  catalytic  efficiency  of  PEG-GGT  was 

121 

comparable to published low K

M

 glutaminases

28

 (

Table S1

).  

122 

 

We next tested whether PEG-GGT could hydrolyze asparagine. In the competitive assay 

123 

with 

GPNA, the PNA release rate was not reduced when asparagine was added at equimolar 

124 

concentrations implying no competition for substrate binding (

Figure 1.G

). To further bolster our 

125 

finding that PEG-GGT had no asparaginase activity, we incubated 2.5 mM asparagine with 0.1 and 

126 

0.2 mg/ml PEG-GGT at 37

C and measured asparagine concentration after 8 hours (

Figure 1.H

). 

127 

There was no reduction in asparagine concentration even at remarkably high concentrations of 

128 

PEG-GGT and hence we concluded that PEG-GGT has the requisite enzymatic selectivity with no 

129 

asparaginase activity.  

130 

PEG-GGT inhibits the growth of multiple cell lines 

in vitro 

131 

As glutamine is an anabolic substrate, and its absence in culture has been shown to halt 

132 

the  growth  of  multiple  cell  lines 

in  vitro

38

,  we  wanted  to  investigate  the  effect  of  glutamine 

133 

depletion via PEG-GGT on cell growth kinetics. First, we tested the serum stability of PEG-GGT in 

134 

culture media with 10% FBS. PEG-GGT in culture media retained 60% of its glutaminase activity 

135 

after  48  hours  of  incubation  at  37  °C  (

Figure  S1.A

).  We  measured  the  growth  rate  of  CT26 

136 

(colorectal carcinoma), 4T1 (mammary carcinoma), and MC38 (colon adenocarcinoma) cell lines 

137 

in  vitro

  in  the  presence  and  absence  of  glutamine  using  MTT  assay  (

Figure  2.A

).  The  lack  of 

138 

glutamine  abolished  the  growth  of  all  three  cell  lines  tested 

in  vitro.

  At  72  hours  after  media 

139 

exchange, the relative number of cells in media supplemented with glutamine were significantly 

140 

higher  (CT26:

  p

-value=0.02,

 

4T1:

 

p

-value=0.002,  MC38:

 

p

-value=0.001, 

Figure  2.B-D

).  Adding 

141 

PEG-GGT at 10 

g/ml to culture media containing 2mM glutamine also inhibited the growth of all 

142 

the tested cell lines (CT26: 

p

-value=0.02,

 

4T1: 

p

-value=0.003, MC38: 

p

-value=0.006, 

Figure 2.B-

143 

D

). To confirm that this arrest in growth could be ascribed to the enzymatic activity of PEG-GGT, 

144 

we heat-inactivated the enzyme by incubating it at 70 °C for 20 min. When heat-inactivated PEG-

145 

GGT  was  added  at  the  same  concentration  to  culture  media  containing  2mM  glutamine,  we 

146 

observed no impact on cell growth after 24 hours confirming that enzymatic activity is important 

147 

for the observed cell growth arrest upon addition of PEG-GGT (

Figure S1.B

). Therefore, PEG-GGT 

148 

abolishes the growth of multiple cell lines 

in vitro

 and its enzymatic activity is essential for this 

149 

effect. 

150 

 

Previous  reports  have  suggested  that  cell  lines  overexpressing  Myc  are  particularly 

151 

sensitive  to  glutamine  deprivation  and  hence  we  tested  the  CT26  cell  line  in  which  Myc  is 

152 

overexpressed

48

.  To  assess  the  impact  of  extracellular  glutamine  hydrolysis  on  intracellular 

153 

glutamine and glutamate pools, we cultured CT26 cells with 2 mM glutamine, treated the cells 

154 

with PEG-GGT for 48 hours and extracted the metabolites (

Figure S1.C

). When we measured the 

155 

total glutamate and glutamine concentrations using an enzymatic assay, PEG-GGT treated cells 

156 

had  3-fold  lower  glutamate  pool  (No  treatment:  3.1±0.3,  PEG-GGT:  1.0±0.1 

p

-value<0.0001) 

157 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

(

Figure  2.E

)  and  4.7-fold  lower  glutamine  pool  (No  treatment:  4.7±1.7,  PEG-GGT:  1.0±0.8 

p

-

158 

value=0.002) (

Figure 2.F

) compared to non-treated cells. Glutathione (GSH), which is synthesized 

159 

intracellularly from glutamate, was also significantly reduced upon treatment with PEG-GGT (No 

160 

treatment:  1.3±0.1,  PEG-GGT:  1.0±0.2 

p

-value=0.03)  (

Figure  2.G

).  In  summary,  intracellular 

161 

glutamate,  glutamine,  and  total  glutathione  pools  were  reduced  in  CT26  cells  upon  PEG-GGT 

162 

treatment. 

163 

Although PEG-GGT arrested the growth of cell lines, we wanted to  investigate if it was 

164 

cytotoxic.  Upon  depletion  of  glutamine,  cells  can  adapt  to  low  extracellular  glutamine  by 

165 

synthesizing  glutamine  intracellularly  via  the  enzyme  glutamine  synthetase  (Glul)  which  is 

166 

irreversibly  inhibited  by  L-Methionine  sulfoximine  (MSO)

39

.  To  test  whether  PEG-GGT  was 

167 

cytotoxic and if this cytotoxicity was synergistic with Glul inhibition, we treated cells 

in vitro

 with 

168 

either MSO, PEG-GGT, or both, and monitored cell death as a function of time using microscopy. 

169 

MSO as a single agent (500 

M) was not toxic and did not inhibit cell growth (

Figure 2.H

). PEG-

170 

GGT by itself at 10 

g/ml inhibited cell growth (

Figure 2.H

) and was cytotoxic to 6 

 1 % (

p

-value 

171 

= 0.005) of cells after 24 hours. Remarkably, the combination of PEG-GGT and MSO was cytotoxic 

172 

to more than 90 

 9% (

p

-value = 0.0002) of cells after 24 hours (

Figure 2.H, I

). These combined 

173 

results  suggest  that  while  glutamine  depletion  via  PEG-GGT  inhibits  the  growth  of  cell  lines, 

174 

simultaneous glutamine depletion and inhibition of Glul is cytotoxic to cells. 

175 

Enzymatic depletion of circulating glutamine does not inhibit tumor growth 

in vivo

 

176 

We  wanted  to  investigate  whether  PEG-GGT  can  be  utilized  to  facilitate  the  enzymatic 

177 

depletion  of  glutamine 

in  vivo

.  First,  we  established  the  pharmacokinetics  (PK)  and 

178 

pharmacodynamics (PD) of PEG-GGT in mice. We injected a single dose of 20 mg/kg PEG-GGT 

179 

into mice intraperitoneally (ip) and measured glutaminase activity in serum collected at different 

180 

time points  for 72 hours by directly monitoring the hydrolysis  rate of  the  substrate 

GPNA  at 

181 

saturating concentrations (500 

M) (

Figure 3.A

). We detected glutaminase activity corresponding 

182 

to 180 

 20 

g/ml PEG-GGT in serum at 72 hours (

Figure 3.B

). Assuming first-order elimination 

183 

kinetics,  PEG-GGT  has  a  half-life  of  67 

  8  hours  in  serum.  We  also  measured  glutamine  and 

184 

glutamate concentration in serum and while glutamine was not detectable at 24/48 hours, we 

185 

detected  25 

  5 

M  glutamine  at  72  hours.  As  expected  by  the  hydrolysis  of  glutamine  to 

186 

glutamate by PEG-GGT, we observed an increase of glutamate reaching up to 2.6 

 0.1 mM in 

187 

serum at 72 hours (

Figure 3.C

).  

188 

 

As PEG-GGT persisted in circulation and efficiently depleted glutamine for at least 48 hours 

189 

in mice, we set out to test the effect of PEG-GGT on the growth of tumors in syngeneic mouse 

190 

models. Since we wanted to study the integrated impact of glutamine depletion on cancer cells 

191 

and immune cells in the TME, we chose the CT26 tumor model which is well characterized for high 

192 

tumor immune infiltrates and T cell responses

40

. We implanted CT26 subcutaneously in BALB/c 

193 

mice,  and  after  the  tumor  was  palpable,  initiated  treatment  with  PEG-GGT  on  a  twice  weekly 

194 

schedule  (

Figure  3.D

).  PEG-GGT  was  well  tolerated  with  no  evident  signs  of  toxicity  and  the 

195 

kinetics of weight change were the same as the vehicle treated group during the treatment (

Figure 

196 

S2.A

).  There  was  no  difference  in  the  tumor  growth  rate  of  the  PEG-GGT  treated  and  vehicle 

197 

treated group (

Figure 3.E

) even though we did not detect any circulating glutamine (<50 nM) in 

198 

serum during treatment (

Figure 3.F

). To ensure that these results are generalizable across multiple 

199 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

tumor models, we implanted 4T1 breast cancer cells in mice and treated the animals with PEG-

200 

GGT using the same treatment schedule (

Figure 3.G

). Consistent with the CT26 model, treatment 

201 

of 4T1 tumors with PEG-GGT did not inhibit tumor growth in mice (

Figure 3.H

) and changes in 

202 

body weight were similar in treated and control groups (

Figure S2.B

). We also confirmed that 

203 

there was no circulating glutamine in the serum of PEG-GGT treated tumor bearing mice (

Figure 

204 

3.I

).    Collectively,  these  results  demonstrate  that  while  PEG-GGT  treatment  inhibits  growth  of 

205 

cancer cells

 in vitro

, it does not significantly impact tumor growth 

in vivo

206 

 

To  map  the  impact  of  PEG-GGT  on  circulating  metabolites  and  tumor  metabolism,  we 

207 

measured the relative amounts of amino acids in serum and tumors of CT26 tumor bearing mice 

208 

treated either with PEG-GGT or vehicle using liquid chromatography - mass spectrometry (LC-MS) 

209 

(

Figure S2.D

). Consistent with our hypothesis that PEG-GGT does not hydrolyze asparagine, there 

210 

was no significant difference in asparagine levels in serum of PEG-GGT and vehicle treated mice 

211 

(fold-change  [FC]:  0.9, 

p

-value  =  0.45)  (

Figure  3.J

).  We  observed  a  significantly  decreased 

212 

concentration of GSH (FC: 0.03, 

p

-value = 0.0008); and an increased concentration of cysteine (FC: 

213 

1.2, 

p

-value = 0.01), cystine (FC: 3.9, 

p

-value = 0.0007) and glycine (FC: 1.8, 

p

-value = 0.005) in 

214 

serum (

Figure 3.J

). This observation is expected since PEG-GGT hydrolyses the GSH (reported 

215 

concentration in serum ~25 

M) to cysteinyl-glycine which can be further hydrolyzed to cysteine 

216 

and  glycine  by  membrane  bound  dipeptidases

41,42

.  Mass-spectrometry  based  approaches  for 

217 

measuring amino acids unfortunately, do not always resolve glutamine and lysine, which have the 

218 

same molecular weight, especially when they have same retention time on LC

43

. Thus, while mass-

219 

spectrometry reported only one-third reduction in glutamine/lysine concentration (

Figure S2.E

), 

220 

the direct enzymatic assay for quantifying glutamate/glutamine concentrations demonstrated a 

221 

direct reduction in glutamine and a concomitant increase in glutamate (

Figure 3.F

). In summary, 

222 

PEG-GGT  depletes  circulating  glutamine  and  glutathione  resulting  in  increased  glutamate, 

223 

cysteine/cystine and glycine.    

224 

To  map  the  metabolomic  changes  in  the  tumor  tissue  (which  includes  both 

225 

interstitial/vascular and intracellular metabolites), we homogenized snap frozen CT26 tumor tissue 

226 

and performed LC-MS (

Figure S2.D

). In the tumor tissue, we did not see a significant change in 

227 

glutamate  levels  upon  PEG-GGT  treatment  (FC:  0.9, 

p

-value  =  0.26)  (

Figure  3.K

).   Since  the 

228 

dominant  contributor  to  the  total  glutamate  is  likely  the  intracellular  glutamate

44

,  our  results 

229 

suggest that unlike 

in vitro

 treatment, PEG-GGT treatment did not significantly reduce intracellular 

230 

glutamate. One hypothesis that can explain these results is that the other non-tumor cells in the 

231 

tumor  function  as  reservoirs  of  glutamate

45

.  Consistent  with  the  serum  and 

in  vitro

  profiling 

232 

however, we observed a significant reduction in glutathione (FC: 0.5, 

p

-value = 0.05), and increase 

233 

in cysteine (FC: 2.2, 

p

-value = 0.001), and cystine (FC: 5.3, 

p

-value = 0.05) levels in PEG-GGT treated 

234 

tumors (

Figure 3.K

). Unexpectedly proline concentrations were also decreased (FC: 0.7, 

p

-value = 

235 

0.02) in PEG-GGT treated tumors (

Figure 3.K

). Both GSH and proline are present at millimolar 

236 

concentrations  (GSH  5-10  mM,  Proline:  1-2  mM)  inside  the  cell  and  need  glutamate  for  their 

237 

synthesis

44

.  Recent  reports  have  shown  that  the  inhibition  of  proline  synthesis  allowed 

238 

proliferation  of  cancer  cells  in  glutamine  limiting  conditions

46

.  Because  LC-MS  could  not 

239 

distinguish lysine and glutamine, we used the enzymatic assay to measure glutamine in PEG-GGT 

240 

and  vehicle  treated  tumors  but  while  there  was  an  overall  reduction  in  the  glutamine 

241 

concentrations this was not significant in our small sample size (FC=0.3, 

p

-value = 0.32) (

Figure 

242 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

S2.C

).  In  summary,  despite  the  extracellular  increase  in  glutamate  concentrations,  intracellular 

243 

concentrations of glutamate were not altered in the tumor wherein cells maintain their glutamate 

244 

pool in glutamine limited environments marked with downregulation of proline and GSH.  

245 

Since we observed an increase in cysteine/cystine concentrations in serum and tumor of 

246 

PEG-GGT  treated  mice,  we  wanted  to  test  whether  increased  cysteine/cystine  generated  from 

247 

hydrolysis of GSH could be responsible for difference in tumor cell proliferation 

in vitro

 and 

in 

248 

vivo

. We treated cells cultured in RPMI-1640 media containing 2 mM glutamine with 10 

g/ml 

249 

PEG-GGT and supplemented the media  with either 100 

M GSH  or 100 

M N-acetyl cysteine 

250 

(NAC). Supplementing the media with either GSH or NAC did not rescue the cell proliferation 

251 

(

Figure S1.D,E

). These results confirmed that unlike increase in cysteine/cystine from GSH/GSSG 

252 

hydrolysis,  the  primary  impact  of  PEG-GGT  is  glutamine  depletion  leading  to  arrest  in  cell 

253 

proliferation. 

254 

Transcriptomics reveals adaptation pathways upon glutamine depletion 

255 

To understand how tumors adapt to low extracellular glutamine 

in vivo

, we sequenced 

256 

mRNA isolated from CT26 tumors treated either with PEG-GGT or vehicle (

Figure 4.A

). 223 genes 

257 

were  differentially  upregulated  while  262  were  downregulated  (Log

2

FC>0.3,  FDR<0.1).  As 

258 

glutamine is indispensable for nucleotide synthesis, and  nucleotide availability has a profound 

259 

impact on the cell cycle

47

, it is not surprising that several candidate genes associated with the cell 

260 

cycle like 

Brca1, Polq, Cdc6, Mcm

 family proteins were significantly upregulated in the PEG-GGT 

261 

treated tumors in comparison to the vehicle treated tumors  (

Figure 4.B

). Since glutamine is a 

262 

major  substrate  for  amino  acid  synthesis,  consistent  with  several  reports  of  translation 

263 

downregulation  upon  glutamine  deprivation,  we  observed  significant  downregulation  of 

264 

eukaryotic  translation  initiation  factors 

Eif4b,  Eif2a

  and  multiple  ribosomal  protein  genes  like 

265 

Rpl28, Rps28, Rps12.

48,49

.  

266 

To  analyze  the  differentially  expressed  pathways,  we  performed  gene  set  enrichment 

267 

analysis  (GSEA)

50

.  Since  glutamine  depletion  mediated  reduction  of  nucleotide  pool  leads  to 

268 

accumulation  of  single-stranded  DNA  which  activates  ATR  kinase

47,51

,  we  observed  an 

269 

upregulation  of  genes  related  to  ATR  kinase  activation  upon  replication  stress  (

Figure  S3.A

).

 

270 

Consistent with the activation of the G2M checkpoint downstream of ATR signaling

52

, we observed 

271 

a strong upregulation of G2M checkpoint signaling upon glutamine depletion (

Figure 4.C

). To 

272 

adapt to increased replication stress, cells must synthesize DNA at a higher rate and since E2F 

273 

transcription  factors  directly  regulate  the  synthesis  of  S  phase  proteins  for  DNA  synthesis,  we 

274 

observed  an  increase  in  E2F  target  transcripts  including  genes  involved  in  DNA  replication

53

 

275 

(

Figure  S3.B,  4.D

).  Finally,  since  glutamine  deficiency  induces  DNA  alkylation  damage  via 

276 

inhibition of ALKBH enzymes, GSEA analyses identified several significantly enriched gene clusters 

277 

related to DNA damage response

54

 (

Figure 4.D

). To validate if these pathways were also relevant 

278 

upon glutamine depletion 

in vitro

, we used RT-qPCR to quantify transcript abundances of some 

279 

of the genes that were most significantly upregulated in our RNA-Seq data. Transcripts of 

Brca1 

280 

which is associated with DNA repair

, Polq

 which has DNA polymerase activity, and

 Cdc6 

which 

281 

assembles pre-replicative complex were all significantly upregulated

 

in CT26 cells treated with 

282 

PEG-GGT  for  five  days 

in  vitro

  (

Figure  S3.G

).  In  aggregate,  these  results  demonstrate  that 

283 

glutamine makes an indispensable contribution to the nucleotide pool, and upon depletion of 

284 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

glutamine, cells upregulate pathways associated with DNA replication and DNA repair pathways 

285 

to compensate for the replication stress.  

286 

Many reports support that Myc expression reinforces glutamine dependency in diverse 

287 

cancer models

55

. Since CT26 tumors overexpress Myc

40

, we used the RNA-Seq data to test the 

288 

impact of glutamine depletion on Myc overexpressing tumors. Unexpectedly, Myc target genes 

289 

were  upregulated  upon  glutamine  depletion  via  PEG-GGT,  suggesting  a  potential  adaptive 

290 

mechanism to maintain the nucleotide pool

56

 (

Figure 4.B,C, S3.D

). Specifically, genes like 

Cad

291 

Ppat

,  and 

Pfas

;  which  directly  use  glutamine

-nitrogen  for  nucleotide  synthesis  and  have 

292 

previously been demonstrated to be under the control of Myc, exhibited a significant upregulation 

293 

in the PEG-GGT treated group. Furthermore, there was a pronounced enrichment of gene sets 

294 

pertaining to nucleotide biosynthesis and one-carbon metabolism (

Figure 4.D

). Collectively, our 

295 

RNA-Seq data suggests that 

in vivo

 glutamine depletion leads to an elevation in the expression 

296 

of downstream targets of Myc, including genes responsible for nucleotide synthesis. 

297 

 

To explore the mechanisms underlying cellular adaptation to the depletion of extracellular 

298 

glutamine, we investigated if cells synthesize glutamine intracellularly. Accordingly, we focused 

299 

on  Glul  which  is  the  only  enzyme  capable  of  intracellular  glutamine  synthesis

57

.  Since  the 

300 

abundance  of  Glul  protein  is  determined  by  post-translational  modification  via  glutamine 

301 

dependent  acetylation  and  subsequent  proteasomal  degradation

58

,  we  did  not  observe  an 

302 

upregulation in 

Glul

 transcripts in PEG-GGT treated tumors in comparison to the untreated tumors 

303 

(

Figure  4.B

).  The  mammalian  target  of  rapamycin  complex  1  (mTORC1)  inhibits  proteasomal 

304 

degradation of Glul

59

. We observed an increase in mTORC1 target transcripts (

Figure 4.C, S3.C

)

 

305 

suggesting that mTORC1 might function to stabilize Glul. To verify if mTORC1 activity is essential 

306 

for cell growth under glutamine depletion, we treated CT26 cells either with PEG-GGT, mTORC1 

307 

inhibitor  temsirolimus,

 

or  both

60

.  While  20 

g/ml  temsirolimus  in  culture  media  containing 

308 

glutamine  did  not  affect  cell  growth,  the  combination  of  10 

g/ml  PEG-GGT  and  20 

g/ml 

309 

temsirolimus inhibited cell growth to a much greater extent than PEG-GGT alone (

p

-value = 0.003, 

310 

Figure S3.H

). Thus, upon glutamine depletion, there is an increase in mTORC1 signaling which 

311 

when inhibited inhibits cell proliferation.     

312 

To investigate the impact of glutamine depletion on the immune system, we focused on 

313 

immune related pathways within our RNA-Seq data. We observed a significant downregulation of 

314 

interferon-alpha, interferon-gamma, and TNF-

 responses upon treatment with PEG-GGT (

Figure 

315 

5.A,B,  S3.E

).  To  investigate  the  changes  in  the  immune  cell  composition  upon  glutamine 

316 

depletion 

in  vivo

,  we  performed  immune  cell  deconvolution  using  mouse  immune  cell  gene 

317 

signatures published in the Immgen database

61,62

. We observed that tumors treated with PEG-

318 

GGT were significantly enriched in macrophages (F4/80

+

ICAM2

+

) and deprived of dendritic cells 

319 

(Cd11c

+

MHCII

+

Flt3

+

) (

Figure 5.C

). As macrophages can either have a pro-inflammatory (M1) or 

320 

anti-inflammatory (M2) phenotype, we investigated the M1 and M2 markers in our RNA-Seq data 

321 

and  observed  enrichment  of 

bona

 

fide

  M2  markers 

Mrc1

(Cd206

)

Cd163  and  F13a1

.  We  also 

322 

observed  a  reduction  in 

Cd86,  H2-Ab1

(MHC-II)

and

  Ido1

  which  are  known  markers  of  M1 

323 

macrophages

63,64

  (

Figure  5.D

).  Collectively,  our  RNA-Seq  data  suggests  that  extracellular 

324 

glutamine depletion compromises anti-tumor immunity which is marked by downregulation of 

325 

IFN-

,  IFN-

  and  TNF-

  responses,  and  an  increased  frequency  of  anti-inflammatory 

326 

macrophages. 

327 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

Enzymatic depletion of circulating glutamine is immunosuppressive 

328 

To validate our finding that depletion of extracellular glutamine is immunosuppressive, we 

329 

used  flow  cytometry  to  phenotype  the  tumor-infiltrating  myeloid  and  lymphoid  immune 

330 

populations (

Figure S4.A

). We implanted CT26 tumors subcutaneously and utilized the same PEG-

331 

GGT treatment schedule as before (

Figure 3.D

). To ensure that we harvested enough cells for 

332 

myeloid and lymphoid phenotyping, we harvested the tumor when the average volume reached 

333 

300-400 mm

3

 (7

th

 day after treatment). In accordance with our transcriptomic data, macrophages 

334 

(Cd45

+

Cd11b

+

Ly6C

lo

F4/80

+

) in PEG-GGT treated tumors were skewed towards M2 phenotype as 

335 

Cd206

high

 macrophages were significantly enriched in PEG-GGT (40 

 13%) vs vehicle treated mice 

336 

(25 

 8%, 

p

-value = 0.03) (

Figure  5.E

). Furthermore, we  observed a significant increase in the 

337 

polymorphonuclear  myeloid  derived  suppressive  cell  (PMN-MDSC)  (Cd45

+

Cd11b

+

Ly6C

lo

Ly6G

+

338 

population upon PEG-GGT treatment (7 

 3%) compared to vehicle (1 

 1%, 

p

-value = 0.0003) 

339 

(

Figure  5.F

).

 

As  PMN-MDSC  accumulation  in  tumors  is  associated  with  G-CSF  and  GM-CSF 

340 

secretion, we observed 15 

 3 (

p

-value = 0.003) and 18 

 2 (

p

-value = 0.0003) fold increase in 

341 

transcript levels of these genes respectively in CT26 cells treated with PEG-GGT 

in vitro

65,66

 (

Figure 

342 

5.G

). Cd11b

+

GR-1

+

 cells which form a major population of MDSCs were also enriched in PEG-GGT 

343 

treated tumors (PEG-GGT: 16 

 

2% vs Vehicle: 6 

 

1%, 

p

-value = 0.0008) (

Figure 5.H

)

67

. Unlike 

344 

PMN-MDSCs, the frequency of monocytic MDSCs (Mo-MDSC) (Cd45

+

Cd11b

+

Ly6C

high

Ly6G

-

) did 

345 

not differ between PEG-GGT (5.3 

 1.3%) and vehicle treated (3.7 

 0.6%, 

p

-value = 0.3) group 

346 

(

Figure S4.F).

 The frequency of infiltrating CD8 T cells (PEG-GGT: 2.5 

 

0.8% vs Vehicle: 3.2 

 

0.7%, 

347 

p

-value = 0.50) and NK cells (PEG-GGT: 0.7 

 0.6% vs Vehicle: 2.4 

 

1.0%, 

p

-value = 0.09) did not 

348 

change significantly after PEG-GGT treatment (

Figure 5.I,J

). In summary, our flow cytometry data 

349 

demonstrates  that  depletion  of  glutamine  through  PEG-GGT  induces  a  state  of 

350 

immunosuppression, marked by a notable enrichment in populations of PMN-MDSCs and M2 

351 

macrophages. 

352 

Glutamine depletion is not associated with favorable outcomes in human cancers 

353 

To  determine  whether  glutamine  depletion  could  be  of  therapeutic  benefit  in  human 

354 

cancers and whether it was associated with immunosuppressive phenotype as seen in our tumor 

355 

model, we derived a gene signature associated with glutamine depletion (

Figure 6.A

). To ensure 

356 

that our gene signature is broadly reflective of glutamine depletion, we used the differentially 

357 

expressed genes (FDR<0.1) from our study and a recent study in which two pancreatic cancer cell 

358 

lines (SUIT2 and 89388T) were adapted to grow in low glutamine media

59

 (

Figure 6.A

). Based on 

359 

the core set of genes common to all three datasets, we derived the glutamine depletion signature 

360 

[Supplementary file 1, 

Table

 

S2

].  

361 

To investigate if our glutamine depletion signature had translational relevance, we took 

362 

advantage  of  human  tumors  within  the  TCGA.  We  investigated  combined  transcriptomic  and 

363 

clinical/pathological  annotations  in  nine  human  cancers.  To  quantify  the  enrichment  of  our 

364 

glutamine depletion gene signature in patient transcriptomic data, we performed single sample 

365 

GSEA (ssGSEA)

68

. Samples in the first quartile with the highest expression of glutamine depletion 

366 

signature  were 

labeled  “Gln  depletion  high”  and  those  in  the  last  quartile  w

ere 

labeled  “Gln 

367 

depletion low” (

Figure 6.A

). A high glutamine depletion ssGSEA score was not associated with 

368 

significantly favorable prognostic outcome in most cancers (

Figure 6.E,H,J, S5

). Consistent with 

369 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

our data showing no therapeutic benefit of glutamine depletion in 4T1 tumor model, the five-year 

370 

overall survival (OS) did not differ for both groups in breast cancer (HR (Hazard Ratio): 1.1, 95% 

371 

CI:0.7 to 1.8). The five-

year OS for patients in the “Gln depletion high” group was significantly 

372 

lower in liver hepatocellular carcinoma (HR: 2.9, 95% CI:1.8 to 4.9), and pancreatic adenocarcinoma 

373 

(HR: 3.1, 95% CI:1.7 to 5.6). The five-

year OS for the “Gln depletion high” group was significantly 

374 

better only in stomach adenocarcinoma (HR: 0.6, 95% CI: 0.4 to 1) (

Figure S5.F

). Thus, our data 

375 

suggests that glutamine deprivation is not associated with better outcomes in multiple human 

376 

cancers.  

377 

We  next  evaluated  if  glutamine  depletion  score  differed  in  different  pathological 

378 

subcategories of breast cancer like tumor size, molecular subtype, and stage. We observed that 

379 

the glutamine depletion ssGSEA score was significantly higher in larger tumors (T2) than smaller 

380 

tumors (T1) (0.71 

 0.15 vs 0.64 

 0.14, 

p

-value = 10

-9

) (

Figure 6.B

). Among the different molecular 

381 

subtypes of breast cancers, glutamine depletion ssGSEA score was significantly enriched in more 

382 

aggressive cancers like luminal B, HER2+, and basal compared to normal and luminal A breast 

383 

cancers (0.81 

 0.11 vs 0.60 

 0.10, 

p

-value < 10

-16

) (

Figure 6.C

). Furthermore, glutamine depletion 

384 

ssGSEA score was higher in advanced stage II and stage III tumors compared to stage I tumors 

385 

(0.70 

 0.15 vs 0.65 

 0.15, 

p

-value = 10

-4

) (

Figure 6.D

). Taken together, glutamine deprivation is 

386 

associated with increased tumor size and more aggressive phenotypes in human breast cancers.    

387 

As our data showed that low glutamine in TME was associated with increased infiltration 

388 

of PMN-MDSCs, we wanted to test whether this was also consistent in human cancers. Because 

389 

of their low transcriptional activity and close resemblance to neutrophils, we still lack a unifying 

390 

gene signature for PMN-MDSCs

69

. However, there have been several reports of the differences in 

391 

the  expression  of  PMN-MDSCs  compared  to  other  MDSCs  and  neutrophils

70,71

.  We  derived  a 

392 

seven-gene signature (

S100A8

S100A9,

 

LYZ1, MMP8, MMP9

SLC27A2,

 and 

IL4R

) for PMN-MDSCs 

393 

based on several recent reports including single-cell RNA sequencing from 33 glioma patients

70-

394 

74

. We validated this signature with our mouse RNA-Seq data and confirmed that these genes 

395 

were indeed upregulated in PEG-GGT treated tumors, consistent with our flow-cytometry data on 

396 

the same tumors (

Figure 6.F

). To restrict our analysis to immune cells and remove bias from tumor 

397 

cells in the TCGA RNA-Seq data, we calculated the fraction of immune cells in the tumor using 

398 

EPIC

75

.  We  then  normalized  the  expression  of  the  signature  genes  based  on  immune  cell 

399 

infiltration  and  calculated 

“PMN

-

MDSC  score”  as  the  sum  of 

Z-scores  of  all  the  genes  in  the 

400 

signature

76

. When we tested this signature in the TCGA dataset, we found that the 

Gln depletion 

401 

high”  group  had  significantly  higher 

PMN-MDSC  scores  in  breast  (0.4 

  0.2  vs  -0.4 

  0.3, 

p

-

402 

value=0.04), pancreatic (0.5 

 0.7 vs -1.8 

 0.9, 

p

-value=0.04) and liver cancer (1.0 

 0.5 vs -0.4 

 

403 

0.4, 

p

-value=0.02)  (

Figure  6.G,I,K

).  Taken  together  these  results  demonstrate  that  glutamine 

404 

depletion  is  likely  associated  with  the  accumulation  of  PMN-MDSCs  in  the  TME  and  is  not 

405 

associated with a therapeutic benefit in human cancers.           

406 

 

 

407 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

Discussion 

408 

Glutamine contributes to major anabolic pathways and is consumed at a high rate during 

409 

cell growth which often leads to its depletion in the tumor core

25

. To investigate how depletion of 

410 

glutamine alters the tumor and immunological landscape 

in vivo

, we leveraged the high affinity 

411 

glutaminase activity (low K

M

) of 

H. pylori

 GGT (hp-GGT) and repurposed it as a potent 

in vivo

 

412 

glutaminase (with no asparaginase activity). We showed that PEGylated hp-GGT (PEG-GGT) had a 

413 

half-life of 67 ± 8 hours in serum, and a dose of 20 mg/kg could efficiently eliminate circulating 

414 

glutamine to undetectable levels without affecting asparagine for at least 48 hours in BALB/c mice. 

415 

Our  approach  is  different  from  other  studies  that  have  utilized  highly  efficient  glutaminases-

416 

asparaginases  of  bacterial  origin  to  systemically  deplete  glutamine.  As 

de  novo

  asparagine 

417 

synthesis  is  dependent  on  glutamine,  asparagine  becomes  an  essential  amino  acid  when 

418 

glutamine is absent

77

. Furthermore, asparagine directly binds to LCK to promote its activity and 

419 

enhance T cell activation

78

. Since the bacterial glutaminase-asparaginases deplete glutamine and 

420 

asparagine  simultaneously,  we  hypothesized  that  depleting  glutamine  while  preserving 

421 

asparagine provides a specific tool to investigate the selective impact of glutamine depletion. But 

422 

to our knowledge, there have been no reports of high affinity glutaminases (K

M

 in the micromolar 

423 

range) with no concomitant asparaginase activity. 

424 

When  extracellular  glutamine  is  abundant,  intracellular  glutamine  triggers  acetylation 

425 

dependent proteasomal degradation of glutamine synthetase (Glul), the only protein capable of 

426 

intracellular glutamine synthesis

57

. As extracellular glutamine becomes limiting, Glul degradation 

427 

is inhibited, and it synthesizes glutamine intracellularly by ligating ammonia and glutamate

57,58

428 

Since Glul is degraded upon glutamine accumulation, intracellular glutamine concentration can 

429 

reach only a particular threshold via Glul. Hence, glutamine flux is redirected towards nucleotide 

430 

and DNA synthesis while flux towards protein synthesis is reduced by global downregulation of 

431 

translation. In our metabolomic studies, we observed decreased levels of proline and GSH upon 

432 

depletion  of  extracellular  glutamine.  In  multiple  human  cancer  cell  lines,  reducing  proline 

433 

biosynthesis conserved glutamate and allowed cells to proliferate in glutamine limiting conditions 

434 

providing a potential mechanism to adapt to glutamine depletion

46

. In pancreatic cancer models, 

435 

cells adapted to grow in low glutamine concentration (100 

M) had significantly increased Glul 

436 

protein although changes in mRNA levels were not different

65

. Metabolomic and transcriptomic 

437 

analysis showed that adapted clones indeed had a low concentration of intracellular glutamine, a 

438 

significant flux of glutamine towards nucleotide synthesis, and increased mTORC1 signaling to 

439 

avoid Glul degradation. Our metabolomics and transcriptomic results align well with this model.  

440 

  

As  glutamine  is  indispensable  for  hexosamine  biosynthesis,  depletion  of  glutamine 

441 

induces  Endoplasmic  reticulum  (ER)  stress  which  increases  G-CSF  and  GM-CSF  secretion  from 

442 

tumors via Ire1

-Jnk pathway

65

. Consistent with increased ER stress, genes related to unfolded 

443 

protein response were upregulated in tumors upon PEG-GGT treatment. Treatment with PEG-GGT 

444 

also significantly increased 

G-CSF

 and 

GM-CSF

 transcripts in CT26 cells 

in vitro

. In mice, G-CSF and 

445 

GM-CSF  mobilize  myeloid  precursors  from  the  bone  marrow  to  the  tumor,  where  they 

446 

differentiate into PMN-MDSCs

65,66

. Our flow cytometry data on PEG-GGT treated tumors showed 

447 

pronounced infiltration of PMN-MDSCs into the tumors.  

448 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

Polarization of M0 macrophages to M1 or M2 macrophages is influenced by the ratio of 

449 

-ketoglutarate  (

-KG)  to  succinate

79

.  Increased 

-KG  demethylates  repressive  H3K27Me3  M2 

450 

promoters via Jmjd3 while succinate inhibits Jmjd3 and promotes M1 phenotype by stabilizing 

451 

HIF1

ɑ

80

. In cell culture, contradictory results have been reported. While one study reported that 

452 

glutamine deprivation impaired the expression of M2 markers which was restored by treatment 

453 

with cell-permeable dimethyl-

-KG

79

, another study reported that depriving M0 macrophages of 

454 

glutamine promoted M2 phenotype without any cytokines by increased expression of Glul, which 

455 

reduced the GABA shunt mediated flux of glutamate towards succinate

81

. We observed an increase 

456 

in M2 macrophages in PEG-GGT treated tumors. While our data supports the latter observation, 

457 

we cannot rule out the possibility of the former. Since macrophages have been shown to uptake 

458 

glutamate via SLC1A2

81,82 

, which is abundant in circulation upon glutamine hydrolysis, these cells 

459 

might be able to maintain their 

-KG pool.  

460 

To investigate whether glutamine depletion could be a viable strategy in human cancers, 

461 

we developed a gene signature associated with glutamine depletion in cancers. We discovered 

462 

that  high  glutamine  depletion  signature  was  not  associated  with  favorable  outcomes  in  most 

463 

cancers, rather it was significantly unfavorable for pancreatic, liver, and skin cancers. Glutamine 

464 

depletion signature was positively correlated with tumor size, stage, and aggressiveness in breast 

465 

cancers. Moreover, a high glutamine depletion score was associated with increased infiltration of 

466 

PMN-MDSC in breast, pancreatic, and liver cancers. Since glutamine is often depleted in the core 

467 

of  the  TME

25

,  attempts  to  reinstate  glutamine  levels  in  the  core  might  lift  the  immunological 

468 

barriers created by tumor cells in the TME.  

469 

Multiple studies have tried to target the glutamine metabolism of tumors for therapeutic 

470 

benefit.  Enzymatic  depletion  of  circulating  glutamine  via 

Pseudomonas  7A

  and 

Acinetobacter 

471 

asparaginase  glutaminase  had  no  significant  effect  on  the  growth  of  syngeneic  solid  tumor 

472 

models including non-metastatic breast cancer (EO771) and metastatic melanoma (B16). These 

473 

studies  however  documented  severe  lymphodepletion  and  splenic  weight  loss  in  treated 

474 

animals

27

.  It  is  to  be  noted  that  both  these  enzymes  deplete  both  circulating  glutamine  and 

475 

asparagine. In our studies utilizing PEG-GGT, we did not observe splenic weight loss compared to 

476 

untreated mice and hence these differences in toxicity might be attributable to the simultaneous 

477 

depletion  (or  lack  thereof)  of  both  amino  acids.  Nonetheless,  consistent  with  the  other  two 

478 

enzymes, PEG-GGT did not have an anti-tumor effect in the models we tested. Taken together, 

479 

these observations suggest that enzymatic extracellular depletion of glutamine does not have an 

480 

anti-tumor  effect.  Contrary  to  the  immunosuppression  induced  by  extracellular  glutamine 

481 

depletion, pan-inhibition of glutamine utilizing enzymes in TME via a prodrug of DON promoted 

482 

anti-tumor immunity with decreased infiltration of MDSCs, polarization of macrophages to M1 

483 

phenotype and reduced GM-CSF secretion in the TME

16,17

. While a complete understanding of this 

484 

complete opposite shift in immunological landscape upon DON treatment compared to PEG-GGT 

485 

treatment  is  lacking,  we  acknowledge  that  these  two  modalities  of  targeting  glutamine 

486 

metabolism are fundamentally different as  DON treatment inhibits glutamine metabolism and 

487 

leads to accumulation of glutamine in the TME while PEG-GGT depletes glutamine in the TME but 

488 

does not inhibit intracellular glutamine metabolism. Moreover, effects of DON are concentration 

489 

dependent which further complicates direct comparison. For example, treatment of 4T1 cells with 

490 

1 µM DON leads to reduced secretion of G-CSF and GM-CSF while treatment with 50 µM DON 

491 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

leads to significantly increased secretion of G-CSF and GM-CSF

17,65

. More studies are required on 

492 

the  role  of  different  glutamine  utilizing  pathways  in  different  cell  types  in  the  TME  to  further 

493 

understand the integrated impact of glutamine metabolism in tumors.           

494 

Since  we  have  shown  that  PEGylated 

H.  pylori

  GGT  is  a  potent  glutaminase  with  no 

495 

asparaginase activity, we envision other applications of PEG-GGT as a molecular tool to deplete 

496 

glutamine in live animals. For example, bacterial asparaginases are standard treatment for acute 

497 

lymphoblastic  leukemia,  and  there  is  considerable  debate  on  the  importance  of  glutaminase 

498 

activity for therapeutic efficacy

83,84

, PEG-GGT could be used to independently study the roles of 

499 

glutamine and asparagine metabolism in these cancers. PEG-GGT can thus be used as a selective 

500 

and  efficient  tool  for  glutamine  depletion  in  diverse  disease  contexts  including  rheumatoid 

501 

arthritis

85

, acute respiratory distress syndrome (ARDS)

86

, cancer cachexia

87

 and cystic fibrosis

88

502 

In conclusion, we show that enzymatic depletion of glutamine is immunosuppressive and 

503 

does not inhibit tumor growth 

in vivo

. We developed a glutamine depletion gene signature and 

504 

showed  that  glutamine  depletion  is  not  associated  with  favorable  clinical  outcomes  in  human 

505 

cancers. Our data suggests that glutamine replete TME is required for optimal anti-tumor immune 

506 

responses.  

507 

Limitations of the study 

508 

Our objective in this report was to document the impact of depleting extracellular glutamine in 

509 

tumor models and understanding the impact of glutamine depletion on tumor growth. For this 

510 

purpose, we engineered an enzyme designed to selectively deplete circulating glutamine while 

511 

preserving asparagine. While our enzyme did not deplete circulating asparagine, it resulted in an 

512 

elevation of plasma cysteine/cystine and glycine levels, the implications of which require further 

513 

exploration.  While  we  have  demonstrated  that  glutamine  depletion  is  not  anti-tumor  in  the 

514 

models we have studied, a more detailed investigation of the impact of glutamine depletion and 

515 

metabolic  fluxes  upon  glutamine  depletion  can  be  undertaken  using  metabolomics/mass 

516 

spectrometry.  Second, it would be important to extend our findings on immune cell infiltration 

517 

with the CT26 model to other tumor models in mice. We ensure the generalizability of our results 

518 

by  deriving  a  glutamine  depletion  signature  that  we  used  to  test  the  impact  of  glutamine 

519 

depletion in human tumors. Our results illustrate that glutamine depletion is not associated with 

520 

clinical  benefit  in  diverse  human  tumors.  Although  we  derived  a  signature  for  PMN-MDSC  to 

521 

investigate  if  these  immunosuppressive  cells  are  increased  in  glutamine  depleted  tumors,  we 

522 

acknowledge that this signature is not ideal and that a better molecular signature for PMN-MDSC 

523 

will be needed. Nonetheless, our work presents a tool for systemic depletion of glutamine without 

524 

depleting asparagine in live animals and proposes that extracellular glutamine depletion will not 

525 

be an effective anti-cancer therapeutic strategy. 

526 

527 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

AUTHOR CONTRIBUTIONS

 

528 

NV and MK designed the study, analyzed the data, and prepared the manuscript. MK, AL, RK, 

529 

MMP, SRS, and SN performed the experiments. SN helped in protein purification. AL, RK, MMP 

530 

and SRS helped in mice experiments. MK did the bioinformatic analyses. All authors edited and 

531 

approved the manuscript. 

532 

ACKNOWLEDGMENTS 

533 

This  publication  was  supported  by  the  NIH  (R01GM143243).  We  thank  Dr.  Patrick  Cirino  for 

534 

providing us with access to their lab for bacterial culture and Dr. Yuri Tanno from Dr. George 

535 

Georgiou’s lab at UT Austin for their inputs in protein synthesis. The Baylor College of Medicine 

536 

metabolomics  core  was  supported  by  the  CPRIT  Core  Facility  Support  Award  RP210227 

537 

“Proteomic  and  Metabolomic  Core  Facility,”  NCI  Cancer  Center  Support  Grant  P30CA125123, 

538 

NIH/NCI R01CA220297, NIH/NCI R01CA216426 intramural funds from the Dan L. Duncan Cancer 

539 

Center (DLDCC). Parts of the figures were created using BioRender (BioRender.com). 

540 

DECLARATIONS OF INTERESTS  

541 

NV is a co-founder of CellChorus and AuraVax. None of these conflicts of interest influenced any 

542 

part of the study design or results. UH has filed a disclosure based on some of the findings in this 

543 

study. 

544 

FIGURE TITLE AND LEGENDS 

545 

Figure 1. 

H. pylori

 GGT is a high affinity glutaminase with no asparaginase activity.

 

546 

(A)

 

The chemical reactions catalyzed by GGTs. 

547 

(B)

 

Crystal  structure  of  wild-type 

H.  pylori

  gamma-glutamyl  transferase  (hp-GGT).  hp-GGT 

548 

exists as 

αββα heterodimer. 

hp-GGT undergoes autocatalytic cleavage into two subunits 

549 

and  the N terminus  threonine of the smaller subunit acts as the nucleophile. The blue 

550 

surface  represents  the  catalytic  center,  and  the  yellow  surface  depicts  the  lid-loop 

551 

structure.  The  hp-GGT  crystal  structure  was  obtained  from  PDB  entry  2NQO

36

,  and 

552 

visualized in PyMOL. 

553 

(C)

 

SDS-PAGE of hp-GGT (lane 2) and hp-GGT T380A mutant (lane 3) lacking autocatalytic 

554 

cleavage. 

555 

(D)

 

Schematic showing the conjugation of NHS-PEG-5000 chains to lysine residues of hp-GGT 

556 

to produce PEG-GGT.  

557 

(E)

 

SDS-PAGE of PEG-GGT (lane 2) and hp-GGT (lane 3).  

558 

(F)

 

Michaelis-Menten kinetic characterization of hydrolysis reaction for hp-GGT and PEG-GGT 

559 

using 

-glutamyl analog 

GPNA. 

560 

(G)

 

Plot  showing  relative  hydrolysis  rate  of 

GPNA  by  PEG-GGT  in  presence  of  equimolar 

561 

amounts of glutamine (black) and asparagine (blue). 

562 

(H)

 

Plot of final asparagine concentration after incubation of 2.5 mM asparagine with 0.1 and 

563 

0.2 mg/ml of PEG-GGT for 8 hours. 

564 

 

565 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

In panel

 

H

,

 analysis was performed using a two-tailed 

student’s 

t-test 

with Welsch’s correction. 

In 

566 

panel  F,  G  and  H,  vertical  bars  show  mean  values  with  error  bars  representing  SD  (Standard 

567 

Deviation)

. Student’s t test: ***p < 0.001; **p < 0.01; *p < 0.05; ns: not significant. 

 

568 

 

569 

Figure 2. PEG-GGT inhibits the growth of multiple cell lines 

in vitro.

 

570 

(A)  

Schematic of MTT assay to assess growth kinetics of cell lines 

in vitro

 upon PEG-     

571 

GGT treatment. 

572 

(B, C, D)  

Relative growth of CT26 (B), 4T1 (C), and MC38 (D) cells in presence of glutamine 

573 

(red), presence of glutamine and PEG-GGT (blue) and absence of glutamine (black) 

574 

in vitro

575 

(E, F, G) 

Relative levels of intracellular glutamate (E), glutamine (F) and total glutathione (G) 

576 

in CT26 cells upon PEG-GGT treatment for 48 hours.  

577 

(H, I)  

Merged brightfield and GFP channel image of CT26 cells at 8, 16, and 24h after 

578 

treatment with MSO, PEG-GGT, and combination of PEG-GGT and MSO 

in vitro 

(H). 

579 

Plot representing average number of sytox positive cells per field of view (2 mm x 

580 

2 mm) at different time points (I). Scale bar, 300 µM. 

581 

See also Figure S1

 

582 

In panel B, C, D, E, F, G and I, analysis was performed using two-

tailed student’s t

-

test with Welsch’s 

583 

correction and vertical bars show mean values with error bars representing SD

. Student’s t test: ***p 

584 

< 0.001; **p < 0.01; *p < 0.05; ns: not significant.  

585 

 

586 

Figure 3. Enzymatic depletion of circulating glutamine does not inhibit tumor growth 

in 

587 

vivo.

 

588 

(A, B, C)  

Schematic  of  PEG-GGT  administration  to  study  pharmacokinetics  and 

589 

pharmacodynamics  (A).  Plot  showing  concentration  of  active  PEG-GGT  (B)  and 

590 

concentration of glutamine and glutamate (C) in mouse serum over time after PEG-

591 

GGT administration. 

592 

(D, G)  

Schematic of experimental design to study tumor growth dynamics upon PEG-GGT 

593 

administration 

in vivo

 in CT26 (D) and 4T1 (G) tumor model. 

594 

(E, H)   

Plot of tumor growth over time in CT26 (E) and 4T1 (H) tumor models. (n=5) 

595 

(F, I)  

Plot showing concentration of glutamine and glutamate in serum during PEG-GGT 

596 

treatment in the CT26 (F) and 4T1 (I) tumor model. 

597 

(J, K

Bar plot showing relative levels of amino acids as measured by LC-MS in serum (J) 

598 

and tumors (K) of PEG-GGT treated CT26 tumors.  

599 

See also Figure S2  

600 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

In panel E, F, H, I, J and K analysis was performed using two tailed 

student’s 

t-test 

with Welsch’s 

601 

correction and vertical bars show mean values with error bars representing SD

. Student’s t test: ***p 

602 

< 0.001; **p < 0.01; *p < 0.05; ns: not significant.  

603 

 

604 

Figure 4. Transcriptomics reveals adaptation pathways upon glutamine depletion. 

605 

(A)  

Schematic  of  the  study  design  for  RNA-Sequencing  upon  PEG-GGT  treatment. 

606 

(n=3)    

607 

(B) 

Volcano plot showing differentially expressed genes in PEG-GGT treated tumors 

608 

compared to vehicle (PBS, 10% glycerol) treated tumors.  

609 

(C) 

Plot showing differentially expressed hallmark gene sets (FDR<0.01) in PEG-GGT 

610 

treated tumors compared to vehicle treated tumors.  

611 

(D)  

Visualization  of  differentially  expressed  (FDR  Q  value<0.05)  gene  ontology 

612 

biological  processes  (GOBP)  clusters  using  cystoscape.  Each  dot  in  a  cluster 

613 

represents  a  GOBP  gene  set,  red  color  indicates  enriched  pathways  while  blue 

614 

indicates downregulated pathways in PEG-GGT treated group. The thickness of the 

615 

line connecting two dots represents shared genes in the GOBP datasets. 

616 

 

617 

See also Figure S3  

618 

 

619 

Figure 5. Enzymatic depletion of circulating glutamine is immunosuppressive. 

620 

(A, B)  

Enrichment plot (left) and heatmap (right) of genes involved in IFN-

ɑ 

(A) and TNF-

621 

ɑ 

(B) response upon PEG-GGT treatment. 

622 

(C, D)  

Plot representing relative fraction of immune cells in PEG-GGT and vehicle treated 

623 

mice calculated from the deconvolution of RNA-Seq data (C), B

B cells, T

T cells, 

624 

NK

NK cells, DC-Dendritic cells, GN

Granulocytes, MF-Macrophages. Heatmap of 

625 

M1 and M2 transcripts in PEG-GGT and vehicle treated mice (D). 

626 

(E)  

Violin  plot  of  percentage  of  CD206

high

  macrophages  in  PEG-GGT  and  vehicle 

627 

treated group. (Vehicle: n=6, PEG-GGT: n=8) 

628 

(F, G, H)  

Violin  plot  of  percentage  of  PMN-MDSCs  and  Cd11b

+

GR-1

+

  cells  in  PEG-GGT 

629 

treated tumors (F, H). Bar plot of relative mRNA expression of 

G-CSF

 and 

GM-CSF

 

630 

transcripts upon PEG-GGT treatment in CT26 cell line 

in vitro

 (G) (n=4).  

631 

(I, J)  

Violin plot showing percentage of CD8 (I) and NK (J) cells in PEG-GGT and vehicle 

632 

treated tumors.  

633 

See also Figure S4 

634 

In panel C, E, F, G, H, I and J, analysis was performed using two-

tailed student’s t

-

test with Welsch’s 

635 

correction. In panel C and G, vertical bars show mean values with error bars representing SD. In 

636 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

panel A, B and D, the scale of the heatmaps represent Z-score. 

Student’s t test:

 ***p < 0.001; **p < 

637 

0.01; *p < 0.05; ns: not significant. 

 

638 

 

639 

Figure 6. Glutamine depletion is not associated with favorable outcomes in human cancers. 

640 

(A)  

Schematic  representing  the  construction  of  gene  signature  associated  with 

641 

glutamine depletion in human cancers and workflow for TCGA analysis of this gene 

642 

signature.  

643 

(B, C, D) 

Violin  plot  showing  ssGSEA  glutamine  depletion  score  for  breast  cancer 

644 

categorized by tumor size (B), molecular subtype (C) and stage (D).  

645 

(E, H, J)  

Kaplan-Meier plot of five-year overall survival probability for glutamine depletion 

646 

high and glutamine depletion low groups in breast (E), pancreatic (H), and liver (J) 

647 

cancers. 

648 

(F)  

 

Heatmap of PMN-MDSC gene signature in PEG-GGT treated tumors.  

649 

(G, I, K)  

Violin  plot  of  PMN-MDSC  score  for  glutamine  depletion  high  and  glutamine 

650 

depletion low groups in breast (G), pancreatic (I), and liver (K) cancers. 

651 

See also Figure S5 

652 

In panel B, C, D, G, I and K, analysis was performed using two-

tailed student’s t

-

test with Welsch’s 

653 

correction. In panel F, the scale of the heatmap represents a Z-score

.

 

Student’s t test: ***p < 0.001; 

654 

**p < 0.01; *p < 0.05; ns: not significant. In panel E, H and J, survival analysis was performed using 

655 

the Log-Rank test.  

656 

 

657 

STAR Methods 

658 

RESOURCE AVAILABILITY 

659 

Lead contact: 

660 

Further information and requests about this study should be directed to and will be fulfilled by 

661 

the lead contact, Navin Varadarajan (nvaradar@central.uh.edu). 

662 

Materials availability: 

663 

This study did not generate new unique reagents. 

664 

Data and code availability: 

665 

RNA-seq data has been deposited at GEO (GSE247472) and are publicly available as of the date 

666 

of publication. Accession numbers are listed in the key resources table. 

667 

This paper does not report original code.

 

668 

Any additional information required to reanalyze the data reported in this paper is available from 

669 

the lead contact upon request. 

670 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

EXPERIMENTAL MODEL AND STUDY PARTICIPANT DETAILS: 

671 

Cell lines:

 All studies using animal experiments were reviewed and approved by the University of 

672 

Houston (UH) IACUC (Institutional Animal Care and Use Committee). We bought CT26 and 4T1 

673 

cell lines from ATCC. MC38 cell line was provided by Dr. Wei Peng (UH). All cell lines were cultured 

674 

in RPMI-1640 media supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS), 2 mM L-Glutamine, 10 mM 

675 

HEPES buffer and 1% penicillin-streptomycin maintained at 5% CO2, 80% relative humidity and 

676 

37°C. We routinely tested all cell lines for mycoplasma using RT-PCR. 

677 

Bacterial strains: 

678 

We  used  E.  coli  MC1061  strain  for  plasmid  transformation  and  propagation.  For  protein 

679 

expression, we used E. coli Rosetta-2 strain. We used 2xYT media to culture bacterial strains. 

680 

Animals: 

681 

All studies using animal experiments were reviewed and approved by the University of Houston 

682 

(UH) IACUC (Institutional Animal Care and Use Committee) under protocol PROTO202000039. We 

683 

purchased the female, 6

8-week-old BALB/c mice from Charles River Laboratories. Sex/gender as 

684 

a variable was not tested. 

685 

 

686 

METHOD DETAILS 

687 

Generation of hp-GGT Expression Constructs:  

688 

We expressed hp-GGT as described in a previous study

33

. The gene encoding GGT in 

H. pylori 

has 

689 

been sequenced and is available on the KEGG database (entry HP1118). Codon optimized 1.7 kb 

690 

fragment  corresponding  to  hp-GGT  sequence  excluding  the  26  amino  acid  periplasmic  signal 

691 

peptide sequence was provided by Integrated DNA Technologies and was PCR amplified  with 

692 

overhang  primers  containing  NdeI  and  XhoI  sites.  We  cloned  this  fragment  in  the  pET28a 

693 

(Novagen) vector using NdeI and XhoI restriction sites by Gibson Assembly. The use of the NdeI 

694 

site  in  pET-28a  allowed  us  to  include  a  thrombin  cleavable  His-tag  at  the  N-terminal  of  the 

695 

expressed  hp-GGT.  We  sequenced  the  construct  between  the  T7  promoter  and  stop  codon 

696 

through Sanger sequencing (Genewiz) and protein sequence was identical to the HP1118 protein 

697 

sequence  excluding  the  signal  peptide.  To  introduce  the  T380A  mutation  in  the  construct 

698 

expressing hp-GGT, we generated two overlapping PCR fragments using appropriate primers to 

699 

introduce the desired mutation in the overlapping region and assembled the fragments using 

700 

Gibson Assembly. We propagated the plasmid in 

E. coli

 MC1061 strain.  

701 

Expression and purification of hp-GGT and synthesis of PEG-GGT:  

702 

We  transformed  hp-GGT  containing  pET28a  plasmid  in 

Escherichia.  coli 

strain  Rosetta 

703 

2(DE3) (Novagen) and allowed the bacteria to grow on kanamycin and chloramphenicol-resistant 

704 

lb-agar plates. We picked a single colony and inoculated it in 2xYT medium containing 34 µg/ml 

705 

chloramphenicol (Sigma, #C0738)

 

and 50 µg/ml kanamycin (Sigma, #K1377) and grew the culture 

706 

overnight at 37°C and 250 rotations per minute (rpm). We used this starter culture to inoculate 

707 

fresh 2xYT media with kanamycin and chloramphenicol concentrations same as for the starter 

708 

culture. We kept the OD (Culture absorbance at 600 nm) at the start of the culture at 0.01. We 

709 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

allowed this culture to grow at

 

37°C with shaking at 250 rpm till the OD reached 0.5 

 0.6. At this 

710 

point,  we  induced  GGT  expression  by  adding  isopropyl 

β

-D-thiogalactopyranoside  (IPTG) 

711 

(FisherScientific, #BP1755-10) to a final concentration of 500 µM and grew the culture further for 

712 

8 hours. We then centrifuged the culture at 6000 ×g for 20 minutes, decanted the supernatant, 

713 

and harvested the cells. We resuspended the bacterial pellet in lysis buffer containing (50 mM 

714 

NaH

2

PO

4

, 300 mM NaCl, 10 mM Imidazole (Sigma, #I0250), 0.05% Tween-20, pH = 8), universal 

715 

nuclease (Thermofisher, #88700) and protease inhibitor cocktail (Sigma, #P8849). We then lysed 

716 

the cells by sonication and centrifuged the lysate at 21000 ×g for 10 minutes at 4°C. We extracted 

717 

GGT from the supernatant by affinity chromatography using Nickel chelating columns. We first 

718 

equilibrated the column with binding buffer (20 mM NaH

2

PO

4

, 500 mM NaCl, 10 mM imidazole, 

719 

pH= 7.4). We then passed the bacterial supernatant through the column followed by a wash with 

720 

the binding buffer. To remove the endotoxins, we washed the column with 200 column volumes 

721 

of sterile ice-cold 0.1% Triton X-114 (Sigma, #X114) in PBS overnight. We washed the column 

722 

further with 20 column volumes of sterile PBS to wash the Triton X-114. Finally, we eluted the 

723 

protein in the elution buffer (20 mM NaH

2

PO

4

, 500 mM NaCl, 500 mM imidazole, pH= 7.4). We 

724 

then  buffer  exchanged  the  eluted  recombinant  hp-GGT  with  PBS  using  10  kDa  NMWCO 

725 

centrifugal filters (Sartorius) and stored the protein at 4°C. We then incubated the purified enzyme 

726 

at  37°C  for  6  hours  for  complete  maturation  of  the  enzyme.  We  determined  the  protein 

727 

concentration by bicinchoninic acid (BCA) assay.  

728 

To make PEG-GGT, we concentrated hp-GGT in PBS to 5 mg/ml using 10 kDa NMWCO 

729 

centrifugal  filters  and  added  Methoxy-PEG-5000  (methoxy-PEG-CH

2

COO-NHS,  Mw  5,000) 

730 

(Sunbright, #ME-050AS)

 

powder to the solution at a molar ratio of 100:1 (100 molecules of PEG 

731 

per molecule of hp-GGT) and mixed gently for 1 hour at 4°C. We removed excess PEG by buffer 

732 

exchange  with  PBS  using  10  kDa  NMWCO  centrifugal  filters.  We  concentrated  PEG-GGT  to  5 

733 

mg/ml in 10% glycerol, sterile filtered  using 0.22 µM filter, and  stored PEG-GGT at  -80°C.  We 

734 

tested PEG-GGT for endotoxins using a chromogenic LAL-based detection assay (ThermoFisher, 

735 

#A39552S).       

736 

Kinetic characterization of hp-GGT and PEG-GGT:  

737 

We  investigated  the  kinetic  parameters  for  hydrolysis  of 

-glutamyl  compounds  using 

738 

substrate analog L-Glutamic acid 

-

(p-nitroanilide) (

GPNA) (Sigma, #G1135). The hydrolysis of 

739 

GNA produces 4-nitroaniline whose release can be continuously measured at 412 nm. We made 

740 

serial dilutions of 

GPNA in 100 mM Tris-HCl (pH = 6.5) to obtain concentrations ranging from 

741 

1000 µM to 3.9 µM. We added 10 µL of GGT (40 µg/ml, 100 mM Tris, pH= 6.5) to 190 µL substrate 

742 

GPNA in a flat transparent 96-well plate to get a final concentration of 2 µg/ml GGT. For each 

743 

GPNA substrate concentration, the corresponding control with no enzyme was also set up to 

744 

determine the non-enzymatic rate of hydrolysis. We continuously recorded the absorbance of the 

745 

samples at 412 nm and 37°C immediately after the addition of the enzyme using a plate reader 

746 

(Infinite 200 Pro-Tecan Life Sciences). We obtained a standard curve relating to 4-nitroanaline 

747 

concentration  and  absorbance  and  calculated  the  extinction  coefficient.  We  determined  the 

748 

kinetic constants V

max

 and K

M

 from the Lineweaver Burk plot and direct fit to Michaelis Menten 

749 

equation. For determining the asparaginase activity of PEG-GGT, we added 0.1 and 0.2 mg/ml 

750 

PEG-GGT  to  2.5  mM  asparagine  in  100  mM  Tris-HCl,  pH=8,  and  measured  asparagine 

751 

concentration after 8 hours. For determining asparagine concentration after PEG-GGT incubation, 

752 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

we  used  a  colorimetric  method  as  described  previously  using  ninhydrin  reagent  (Sigma, 

753 

#151173)

89

754 

Cell culture and cell viability assays:  

755 

We studied the effects of glutamine depletion on 4T1, CT26, and MC38 cell lines. MC38 

756 

cell line was provided by Dr. Wei Peng (UH). We bought 4T1 and CT26 cells from ATCC. For each 

757 

cell  line,  we  seeded  5x10

4

  cells  in  500  µl  RPMI-1640  (Corning)  media  supplemented  with  L-

758 

glutamine (2 mM) and 10% FBS (RnD Biosystems, S11150) in a 24-well plate. We incubated the 

759 

cells at 37°C and 5% CO

2. 

After

 

24 hours, we removed the media and washed the cells with 500 µl 

760 

PBS. In the first group, we added 750 µl RPMI-1640 medium without L-glutamine supplemented 

761 

with 10% dialyzed FBS (dFBS) (Sigma, #F0392) and 2 mM L-glutamine to each well. In the second 

762 

group, we added PEG-hp-GGT at 10 µg/ml in addition to the media added in group 1. In the third 

763 

group,  we  added  750  µl  RPMI-1640  media  without  L

glutamine  but  supplemented  with  10% 

764 

dialyzed FBS (dFBS). After every 24 hours, we measured the cell viability of 3 wells from each group 

765 

using MTT assay. For studying the combined effect of PEG-GGT and mTORC1 inhibition on cell 

766 

growth, we performed a similar assay with regular RPMI-1640 media, and either PEG-GGT (10 

767 

µg/ml) or Temsirolimus (20 µg/ml) (Selleckchem, #S1044) or both were added to the wells.  

768 

 

We used a standard MTT assay to determine the viability of cells under different media 

769 

conditions.  We  dissolved  MTT  powder  (VWR,  #97062-376)  in  PBS  (pH  =7.4)  to  5  mg/ml.  We 

770 

prepared  a  solubilization  solution  by  dissolving  40%  v/v  dimethylformamide  (DMF)  in  2%  v/v 

771 

glacial acetic acid and further dissolving 16% w/v sodium dodecyl sulfate (SDS) into this solution 

772 

(pH = 4.7). For measuring the cell viability, we added 75 µl MTT solution to 750 µl media to achieve 

773 

a final concentration of 0.45 mg/ml of MTT. We incubated the culture at 37°C and 5% CO

2

. After 

774 

3 hours, we removed the media with MTT and added 500 µl solubilization solution to dissolve the 

775 

formazan crystals formed. The absorbance of this solution at 570 nm is directly proportional to 

776 

the number of viable cells. 

777 

 

For the fluorescence-based cytotoxicity assay, we seeded 10

4

 cells in a transparent 96-well 

778 

plate and grew them in RPMI-1640 media. After 24 hours, we replenished the media with RPMI-

779 

1640 media containing L-glutamine and 100 nM Sytox green (ThermoFisher, #S7020) and added 

780 

either  PEG-GGT  (10  µg/ml),  MSO  (Sigma,  #M5379)  (0.5  mM)  or  both  to  the  wells.  We  then 

781 

incubated the cells at 37°C and 5% CO

and imaged 4 fields of view under brightfield and GFP 

782 

channel (488 nm) in each well every hour for 24 hours at 10x magnification (BioTek Cytation). We 

783 

labeled the dead cells as fluorescence-positive cells in the 488 nm channel and counted them 

784 

using ImageJ. For studying the impact of GSH, GSSG and NAC on proliferation of cells in presence 

785 

of PEG-GGT, we made 10 mM GSH, GSSG and NAC solution in ultrapure water and adjusted the 

786 

pH to 7.4. We added GSH, GSSG and NAC at final concentration of 100 µM.      

787 

Cell culture metabolite assays  

788 

We cultured CT26 cells in 24 well plates to 60% confluency in RPMI-1640 media with 10% FBS. We 

789 

then washed the cells and replaced the media with RPMI-1640 media without glutamine and 10% 

790 

dialyzed FBS (dFBS) supplemented with either 2 mM glutamine or 2 mM glutamine and 10 µg/ml 

791 

PEG-GGT. After 48 hours, we washed the cells twice with PBS. We added 200 µl of 80% methanol 

792 

solution stored at -80°C to the wells and kept the plate in -80°C for 10 minutes. We then scraped 

793 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

off the cells and vortexed the solution at 4°C for 5 minutes. We then sonicated (40 kHz) the cells 

794 

at 4°C for 15 minutes. Finally, we centrifuged the mixture at 20000g at 40°C for 10 minutes. We 

795 

vacuum evaporated the methanol-water solution and reconstituted the metabolites in 20 µl PBS. 

796 

We determined the glutamine and glutamate levels in serum by enzymatic assay detection kit 

797 

according to the manufacturer’s protocol (Promega Glutamine/Glutamate Glo kit). We assayed 

798 

the total glutathione by an enzymatic assay kit according to manufactures protocol (Cayman total 

799 

glutathione assay kit: #703002).

 

800 

PEG-GGT in-vivo pharmacokinetics and pharmacodynamics: 

801 

All studies using animal experiments were reviewed and approved by the University of Houston 

802 

(UH) IACUC (Institutional Animal Care and  Use Committee). We purchased the female 6 to 8-

803 

week-old BALB/c mice from Charles River Laboratories. 8 mice were administered PEG-GGT at a 

804 

dose of 20 mg/kg body weight (b.w). We collected mouse serum at 8, 24, 48, and 72 hours. To 

805 

determine the PEG-GGT concentration in serum, we first prepared a standard curve in which we 

806 

compared the rate of 

GPNA hydrolysis by adding 5 µL of PEG-GGT at different concentrations to 

807 

200 µL of 0.5 mM 

GPNA in PBS spiked with 5 µl of serum from untreated tumor-bearing mice. 

808 

We also confirmed that serum from non-treated tumor-bearing mice had no 

GPNA hydrolysis 

809 

activity. To find the concentration of PEG-GGT in the serum of treated mice, we incubated 5 µl of 

810 

serum  in  200  µL  of  0.5  mM  GPNA  in  PBS  and  measured  the  rate  of 

GPNA  hydrolysis.  We 

811 

determined  the  concentration  of  PEG-GGT  from  the  standard  curve  generated  as  mentioned 

812 

above. We determined the circulating glutamine and glutamate levels in serum by enzymatic assay 

813 

detection kit according to the manufacturer’s protocol (Promega Glut

amine/Glutamate Glo kit). 

 

814 

In vivo

 tumor models:  

815 

For studying tumor growth kinetics 

in vivo

, we injected 6

8-week-old BALB/c mice subcutaneously 

816 

either with a single cell suspension of 100K CT26 (right flank) cells or 50K 4T1 (fourth mammary 

817 

fat pad) cells suspended in RPMI-1640 media. We tested and confirmed that all cell lines were 

818 

negative for mycoplasma contamination by qPCR. After the average tumor volumes reached 100 

819 

mm

3

, we administered either 20 mg/kg PEG-GGT IP to the treatment group every three days or 

820 

the vehicle (PBS,10% glycerol) to the control group. We measured tumor dimensions with Vernier 

821 

calipers and tumor volume was approximated as L*H*H/2. We measured the tumor volume and 

822 

mice weight every three days.  

823 

 

824 

In vivo

 metabolite measurements 

825 

We injected 6

8-week-old BALB/c mice subcutaneously with a single cell suspension of 100,000 

826 

CT26 cells in the right flank. Once the tumor volume reached 100 mm

3

, we started treating the 

827 

mice either with 20 mg/kg PEG-GGT or vehicle on a biweekly basis. On the 7

th

 day after treatment 

828 

initiation (3 PEG-GGT doses) we euthanized the mice. We isolated and washed small sections of 

829 

tumors (20 mg) in phosphate buffer saline (PBS) and then splash-froze them in liquid nitrogen. 

830 

We collected the mouse blood from cardiac puncture and left the blood to coagulate at room 

831 

temperature for 10 minutes. We then centrifuged the blood at 2000g for 10 minutes, isolated the 

832 

serum and froze it in -80 °C. The amino acids were extracted from mouse tissue and serum using 

833 

the liquid-liquid extraction method as explained earlier

90,91

. Pooled samples were used as quality 

834 

control samples during MS acquisition. Agilent 6495 triple quadrupole MS coupled to Infinity 1290 

835 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

LC was used for data acquisition via multiple reaction monitoring (MRM) mode through Agilent 

836 

Mass Hunter Data Acquisition Software (ver. 10.1) as described previously

92

. Peak integration and 

837 

data  analysis  were  performed  using  Agilent  Mass  Hunter Quantitative  Analysis  Software.  Peak 

838 

areas were normalized with Tryptophan-

15

N

spike internal standard.  

839 

Flow cytometry of tumor-infiltrating immune cells:  

840 

We cut the tumors from PEG-GGT treated or control groups into 1-10 mm

3

 pieces. To dissociate 

841 

the tumor, we incubated the cut pieces with 0.1% w/v collagenase D (Roche #11088858001) and 

842 

0.01% w/v DNAse (Sigma #DN25) at 37°C for 1 hour in RPMI-1640. We obtained a single-cell 

843 

suspension by passing through a 70 µm cell strainer. After obtaining a single cell suspension, we 

844 

washed  the  cells  twice  with  PBS  and  labeled  them  with  Live/dead  aqua  die  (ThermoFisher, 

845 

#L34957) in PBS for 20 minutes at room temperature (RT). The live/dead staining was stopped by 

846 

adding 5 volumes of 4% FACS buffer. We then washed the cells twice with a 4% FACS buffer. We 

847 

blocked the FC receptors by CD16/CD32 (clone 2.4G2; BD Biosciences) antibody in 4% FACS buffer 

848 

for  20  minutes.  For  myeloid  panel,  we  incubated  the  cells  with  an  antibody  cocktail  of  CD45-

849 

BUV395 (BD, #564279), CD11b-BV421 (Biolegend, #101235), CD11c-BV785 (Biolegend, #117335), 

850 

F4/80-APC/Cy7  (Biolegend,  #123117),  Ly6C-PE  (Biolegend,  #128007),  Ly6G-PerCP/Cy5.5 

851 

(Biolegend,  #127615),  CD206-AF488  (Biolegend,  #141709)  and  CD86-AF700  (Biolegend, 

852 

#105023). For lymphoid panel, we incubated the cells with an antibody cocktail of CD45-BUV395 

853 

(BD, #564279), CD3-APC (Biolegend, #100235), CD4-AF594 (Biolegend, #100446), CD8-PerCP/Cy5 

854 

(Biolegend,  #100731),  NKp45-e450  (Invitrogen,  #48-3351-82),  and  CD19-APC-Cy7  (Biolegend, 

855 

#115519). We fixed the cells with BD CytoFix/Perm and washed them with BD Perm/Wash solution. 

856 

For  FoxP3 staining  in the lymphoid  panel, we labeled the cells  with anti-mouse  FOXP3-AF488 

857 

(Biolegend; #126405) prepared in BD Perm/Wash solution and then washed with FACS buffer. We 

858 

acquired  the  data  on  a  BD  LSRFortessa  X-20  flow  cytometer  apparatus  and  analyzed  it  using 

859 

FlowJo software (BD Biosciences). 

860 

mRNA isolation, sequencing, and analysis

861 

We injected 6

8-week-old BALB/c mice subcutaneously with a single cell suspension of 100K CT26 

862 

cells in the right flank. Once the tumor volume reached 100 mm

3

, we started treating the mice 

863 

either  with  20 mg/kg PEG-GGT or vehicle on a biweekly basis. On the 7

th

 day  after treatment 

864 

initiation (3 PEG-GGT doses) we euthanized the mice.

 

We isolated and washed small sections of 

865 

tumors  (20  mg)  in  PBS  and  then  splash-froze  them  in  liquid  nitrogen.  We  lysed  the  tissue  in 

866 

RNeasy  lysis  buffer  (RLT)  and  a  single  stainless  steel  bead  using  tissue  lyser  (Qiagen,  Hilden, 

867 

Germany). We extracted total RNA using the RNeasy kit (Qiagen, #74104), DNAse treated the RNA 

868 

(Invitrogen, #AM1906), and sent the RNA for sequencing to Novogene. Novogene processed the 

869 

RNA to enrich mRNA and prepared the cDNA library. They sequenced the cDNA on Illumina HiSeq 

870 

2500 in paired-end mode. We checked the quality of sequencing data by FastQC, and the results 

871 

showed good quality of reads and no further need for trimming. We aligned the sequencing data 

872 

to the BALB/c reference genome (Ensembl v1.108) using STAR aligner and quantified the transcript 

873 

abundance

93

.  We  performed  differential  expression  between  treated  and  non-treated  groups 

874 

using the package DESeq2

94

. The raw RNA-Seq data and normalized gene-count data has been 

875 

submitted to Gene Expression Omnibus (GEO) (Accession code: GSE247472). We performed Gene 

876 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

set  enrichment  analysis  (GSEA)  using  GSEA  software  and  visualized  the  enriched  clusters  in 

877 

Cytoscape

95

.  To  perform  infiltrating  immune  cell  deconvolution  from  RNA-Seq  data,  we  first 

878 

obtained the TPM counts for our RNA-Seq data using RSEM

96

. We then made the signature matrix 

879 

of immune infiltrates using immgen database

61

 in CibersortX

62

. We calculated the percentage of 

880 

infiltrating immune cells using CibersortX. 

 

881 

In vitro

 RT-qPCR: 

882 

We treated CT26 cells with either PEG-GGT or left them untreated for 120 hours in RPMI-1640 

883 

media in 24 well plates. We aspirated the media and lyzed the cells with RLT buffer. We extracted 

884 

the RNA using the RNeasy kit (Qiagen, #74104). We further treated the extracted RNA with DNAse 

885 

treatment kit to remove genomic DNA (Invitrogen, #AM1906) and synthesized cDNA using cDNA 

886 

reverse transcription kit (Invitrogen, #4368813). We performed RT-qPCR reaction using SsoFastTM 

887 

EvaGreen®  Supermix  with  Low  ROX  (Bio-Rad,  #  1725211)  on  AriaMx  Real-time  PCR  System 

888 

(Agilent  Technologies,  Santa  Clara,  CA).  We  normalized  the  results  to  Actin  or  GAPDH 

889 

(glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase). To determine the fold change, we used the 2-

890 

ΔΔCt method by comparing PEG

-GGT treated cells to non-treated controls. See Table S3 for the 

891 

list of primer sequences used in this study.  

892 

Glutamine depletion signature and TCGA Analysis: 

893 

To construct the glutamine depletion signature, we downloaded the raw counts for cells adapted 

894 

to  grow  in  low  glutamine  from  GEO  series  accession  number  GSE144883

65

.  We  performed 

895 

differential analysis on the adapted cell lines and filtered the genes with FDR<0.1. We chose the 

896 

coordinatively upregulated or downregulated gene from our dataset and this data set to build the 

897 

glutamine  depletion  signature.  To  perform  ssGSEA

77

  of  our  signature  on  human  cancers,  we 

898 

downloaded the TCGA data for different cancers. We performed the ssGSEA on different human 

899 

cancers and stratified the top 25% ssGSEA scores as “Gln depletion high” and bottom 25% as “Gln 

900 

depletion  low”.  We  then  performed  overall  survival  analysis  using  clinical  data  in  the  TCGA 

901 

database. For the PMN-MDSC score calculation for each patient, we first calculated the percentage 

902 

of immune infiltrates from bulk RNA-Seq data using EPIC to remove the bias from non-immune 

903 

cells in the data

85

. We then divided the raw RSEM counts of genes in the PMN-MDSC signature 

904 

with the fraction of immune cells predicted by EPIC. We then log transformed the RSEM counts, 

905 

and Z-normalized the expression of PMN-MDSC related genes across the TCGA dataset. PMN-

906 

MDSC score was the sum of Z-scores for all the genes in the PMN-MDSC signature

86

.  

907 

QUANTIFICATION AND STATISTICAL ANALYSIS 

 

908 

Statistical significance was assigned when p values were <0.05 using GraphPad Prism (v6.07 and 

909 

v9.0). Tests, number of animals (n), mean values, and statistical comparison groups are indicated 

910 

in the Figure legends.  

911 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

 

912 

References 

913 

 

914 

1. 

Pavlova, Natalya N., and Thompson, Craig B. (2016). The Emerging Hallmarks of Cancer 

915 

Metabolism. Cell Metabolism 

23

, 27-47. 10.1016/j.cmet.2015.12.006. 

916 

2. 

Altman, B.J., Stine, Z.E., and Dang, C.V. (2016). From Krebs to clinic: glutamine metabolism 

917 

to cancer therapy. Nature Reviews Cancer 

16

, 619-634. 10.1038/nrc.2016.71. 

918 

3. 

Ahluwalia,  G.S.,  Grem,  J.L.,  Hao,  Z.,  and  Cooney,  D.A.  (1990).  Metabolism  and  action  of 

919 

amino  acid  analog  anti-cancer  agents.  Pharmacology  &  Therapeutics 

46

,  243-271. 

920 

10.1016/0163-7258(90)90094-I. 

921 

4. 

Moreadith, R.W., and Lehninger, A.L. (1984). The pathways of glutamate and glutamine 

922 

oxidation by tumor cell mitochondria. Role of mitochondrial NAD(P)+-dependent malic 

923 

enzyme. Journal of Biological Chemistry 

259

, 6215-6221. 10.1016/S0021-9258(20)82128-

924 

0. 

925 

5. 

Young, V.R., and Ajami, A.M. (2001). Glutamine: The Emperor or His Clothes? The Journal 

926 

of Nutrition 

131

, 2449S-2459S. 10.1093/jn/131.9.2449S. 

927 

6. 

Ovejera, A.A., Houchens, D.P., Catane, R., Sheridan, M.A., and Muggia, F.M. (1979). Efficacy 

928 

of 6-Diazo-5-oxo-l-norleucine and N-[N-

γ

-Glutamyl-6-diazo-5-oxo-norleucinyl]-6-diazo-

929 

5-oxo-norleucine against Experimental Tumors in Conventional and Nude Mice1. Cancer 

930 

Research 

39

, 3220-3224. 

931 

7. 

Esslinger, C.S., Cybulski, K.A., and Rhoderick, J.F. (2005). Nγ

-Aryl glutamine analogues as 

932 

probes of the ASCT2 neutral amino acid transporter binding site. Bioorganic & Medicinal 

933 

Chemistry 

13

, 1111-1118. 10.1016/j.bmc.2004.11.028. 

934 

8. 

Gross, M.I., Demo, S.D., Dennison, J.B., Chen, L., Chernov-Rogan, T., Goyal, B., Janes, J.R., 

935 

Laidig, G.J., Lewis, E.R., Li, J., et al. (2014). Antitumor Activity of the Glutaminase Inhibitor 

936 

CB-839  in  Triple-Negative  Breast  Cancer.  Molecular  Cancer  Therapeutics 

13

,  890-901. 

937 

10.1158/1535-7163.MCT-13-0870. 

938 

9. 

Poster, D.S., Bruno, S., Penta, J., Neil, G.L., and McGovren, J.P. (1981). Acivicin. An antitumor 

939 

antibiotic. Cancer Clinical Trials 

4

, 327-330. 

940 

10. 

Ma, H., Wu, J., Zhou,  M., Wu, J., Wu, Z., Lin, L., Huang,  N., Liao,  W., and  Sun, L. (2021). 

941 

Inhibition  of  Glutamine  Uptake  Improves  the  Efficacy  of  Cetuximab  on  Gastric  Cancer. 

942 

Integrative Cancer Therapies 

20

, 15347354211045349. 10.1177/15347354211045349. 

943 

11. 

Van Geldermalsen, M., Quek, L.-E., Turner, N., Freidman, N., Pang, A., Guan, Y.F., Krycer, J.R., 

944 

Ryan, R., Wang, Q., and Holst, J. (2018). Benzylserine inhibits breast cancer cell growth by 

945 

disrupting  intracellular  amino  acid  homeostasis  and  triggering  amino  acid  response 

946 

pathways. BMC Cancer 

18

, 689. 10.1186/s12885-018-4599-8. 

947 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

12. 

Hassanein, M., Hoeksema, M.D., Shiota, M., Qian, J., Harris, B.K., Chen, H., Clark, J.E., Alborn, 

948 

W.E.,  Eisenberg,  R.,  and  Massion,  P.P.  (2013).  SLC1A5  mediates  glutamine  transport 

949 

required  for  lung  cancer  cell  growth  and  survival.  Clinical  Cancer  Research:  An  Official 

950 

Journal  of  the  American  Association  for  Cancer  Research 

19

,  560-570.  10.1158/1078-

951 

0432.CCR-12-2334. 

952 

13. 

Schulte, M.L., Fu, A., Zhao, P., Li, J., Geng, L., Smith, S.T., Kondo, J., Coffey, R.J., Johnson, 

953 

M.O.,  Rathmell,  J.C.,  et  al.  (2018).  Pharmacological  blockade  of  ASCT2-dependent 

954 

glutamine transport leads to antitumor efficacy in preclinical models. Nature Medicine 

24

955 

194-202. 10.1038/nm.4464. 

956 

14. 

Bröer, A., Fairweather, S., and Bröer, S. (2018). Disruption of Amino Acid Homeostasis by 

957 

Novel  ASCT2  Inhibitors  Involves  Multiple  Targets.  Frontiers  in  Pharmacology 

9

,  785. 

958 

10.3389/fphar.2018.00785. 

959 

15. 

Magill, G.B., Myers, W.P., Reilly, H.C., Putnam, R.C., Magill, J.W., Sykes, M.P., Escher, G.C., 

960 

Karnofsky,  D.A.,  and  Burchenal,  J.H.  (1957).  Pharmacological  and  initial  therapeutic 

961 

observations on 6-diazo-5-oxo-1-norleucine (DON) in human neoplastic disease. Cancer 

962 

10

, 1138-1150. 10.1002/1097-0142(195711/12)10:6<1138::aid-cncr2820100608>3.0.co;2-

963 

k. 

964 

16. 

Leone,  R.D.,  Zhao,  L.,  Englert,  J.M.,  Sun,  I.-M.,  Oh,  M.-H.,  Sun,  I.-H.,  Arwood,  M.L., 

965 

Bettencourt, I.A., Patel, C.H., Wen, J., et al. (2019). Glutamine blockade induces divergent 

966 

metabolic programs to overcome tumor immune evasion. Science (New York, N.Y.) 

366

967 

1013-1021. 10.1126/science.aav2588. 

968 

17. 

Oh, M.-H., Sun, I.-H., Zhao, L., Leone, R.D., Sun, I.-M., Xu, W., Collins, S.L., Tam, A.J., Blosser, 

969 

R.L.,  Patel,  C.H.,  et  al.  (2020).  Targeting  glutamine  metabolism  enhances  tumor-specific 

970 

immunity by modulating suppressive myeloid cells. Journal of Clinical Investigation 

130

971 

3865-3884. 10.1172/JCI131859. 

972 

18. 

Ishida, Y., Agata, Y., Shibahara, K., and Honjo, T. (1992). Induced expression of PD-1, a novel 

973 

member  of  the  immunoglobulin  gene  superfamily,  upon  programmed  cell  death.  The 

974 

EMBO journal 

11

, 3887-3895. 10.1002/j.1460-2075.1992.tb05481.x. 

975 

19. 

Leach, D.R., Krummel, M.F., and Allison, J.P. (1996). Enhancement of antitumor immunity 

976 

by 

CTLA-4 

blockade. 

Science 

(New 

York, 

N.Y.) 

271

1734-1736. 

977 

10.1126/science.271.5256.1734. 

978 

20. 

Reinfeld, B.I., Madden, M.Z., Wolf, M.M., Chytil, A., Bader, J.E., Patterson, A.R., Sugiura, A., 

979 

Cohen, A.S., Ali, A.,  Do, B.T., et al. (2021). Cell-programmed nutrient partitioning in the 

980 

tumour microenvironment. Nature 

593

, 282-288. 10.1038/s41586-021-03442-1. 

981 

21. 

Ma, G., Zhang, Z., Li, P., Zhang, Z., Zeng, M., Liang, Z., Li, D., Wang, L., Chen, Y., Liang, Y., 

982 

and Niu, H. (2022). Reprogramming of glutamine metabolism and its impact on immune 

983 

response  in  the  tumor  microenvironment.  Cell  Communication  and  Signaling 

20

,  114. 

984 

10.1186/s12964-022-00909-0. 

985 

22. 

Varghese, S., Pramanik, S., Williams, L.J., Hodges, H.R., Hudgens, C.W., Fischer, G.M., Luo, 

986 

C.K.,  Knighton,  B.,  Tan,  L.,  Lorenzi,  P.L.,  et  al.  (2021).  The  Glutaminase  Inhibitor  CB-839 

987 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

(Telaglenastat) Enhances the Antimelanoma Activity of T-Cell-Mediated Immunotherapies. 

988 

Molecular Cancer Therapeutics 

20

, 500-511. 10.1158/1535-7163.MCT-20-0430. 

989 

23. 

Nabe,  S.,  Yamada,  T.,  Suzuki,  J.,  Toriyama,  K.,  Yasuoka,  T.,  Kuwahara,  M.,  Shiraishi,  A., 

990 

Takenaka, K., Yasukawa, M., and Yamashita, M. (2018). Reinforce the antitumor activity of 

991 

CD8+ T cells via glutamine restriction. Cancer Science 

109

, 3737-3750. 10.1111/cas.13827. 

992 

24. 

Carr, E.L., Kelman, A., Wu, G.S., Gopaul, R., Senkevitch, E., Aghvanyan, A., Turay, A.M., and 

993 

Frauwirth, K.A. (2010). Glutamine Uptake and Metabolism Are Coordinately Regulated by 

994 

ERK/MAPK during T Lymphocyte Activation. The Journal of Immunology 

185

, 1037-1044. 

995 

10.4049/jimmunol.0903586. 

996 

25. 

Byun, J.-K., Park, M., Lee, S., Yun, J.W., Lee, J., Kim, J.S., Cho, S.J., Jeon, H.-J., Lee, I.-K., Choi, 

997 

Y.-K., and Park, K.-G. (2020). Inhibition of Glutamine Utilization Synergizes with Immune 

998 

Checkpoint Inhibitor to Promote Antitumor Immunity. Molecular Cell 

80

, 592-606.e598. 

999 

10.1016/j.molcel.2020.10.015. 

1000 

26. 

Guo, C., You, Z., Shi, H., Sun, Y., Du, X., Palacios, G., Guy, C., Yuan, S., Chapman, N.M., Lim, 

1001 

S.A.,  et  al.  (2023).  SLC38A2  and  glutamine  signalling  in  cDC1s  dictate  anti-tumour 

1002 

immunity. Nature 

620

, 200-208. 10.1038/s41586-023-06299-8. 

1003 

27. 

Schmid, F.A., and Roberts, J. (1974). Antineoplastic and toxic effects of Acinetobacter and 

1004 

Pseudomonas glutaminase-asparaginases. Cancer Chemotherapy Reports 

58

, 829-840. 

1005 

28. 

Covini, D., Tardito, S., Bussolati, O., R. Chiarelli, L., V. Pasquetto, M., Digilio, R., Valentini, G., 

1006 

and  Scotti,  C.  (2012).  Expanding  Targets  for  a  Metabolic  Therapy  of  Cancer:  L-

1007 

Asparaginase.  Recent  Patents  on  Anti-Cancer  Drug  Discovery 

7

,  4-13. 

1008 

10.2174/157489212798358001. 

1009 

29. 

Brown,  G.,  Singer,  A.,  Proudfoot,  M.,  Skarina,  T.,  Kim,  Y.,  Chang,  C.,  Dementieva,  I., 

1010 

Kuznetsova,  E.,  Gonzalez,  C.F.,  Joachimiak,  A.,  et  al.  (2008).  Functional  and  Structural 

1011 

Characterization  of  Four  Glutaminases  from  Escherichia  coli  and  Bacillus  subtilis. 

1012 

Biochemistry 

47

, 5724-5735. 10.1021/bi800097h. 

1013 

30. 

Hartman, S.C. (1968). Glutaminase of Escherichia coli. Journal of Biological Chemistry 

243

1014 

853-863. 10.1016/S0021-9258(18)93595-7. 

1015 

31. 

Okada, T., Suzuki, H., Wada, K., Kumagai, H., and Fukuyama, K. (2006). Crystal structures of 

1016 

γ

-glutamyltranspeptidase  from  <i>Escherichia  coli</i>  ,  a  key  enzyme  in  glutathione 

1017 

metabolism,  and  its  reaction  intermediate.  Proceedings  of  the  National  Academy  of 

1018 

Sciences 

103

, 6471-6476. 10.1073/pnas.0511020103. 

1019 

32. 

Orlowski,  M.,  and  Meister,  A.  (1970).  The  gamma-glutamyl  cycle:  a  possible  transport 

1020 

system for amino acids. Proc Natl Acad Sci U S A 

67

, 1248-1255. 10.1073/pnas.67.3.1248. 

1021 

33. 

Boanca, G., Sand, A., and Barycki, J.J. (2006). Uncoupling the Enzymatic and Autoprocessing 

1022 

Activities of Helicobacter pylori γ

-Glutamyltranspeptidase. Journal of Biological Chemistry 

1023 

281

, 19029-19037. 10.1074/jbc.M603381200. 

1024 

34. 

West, M.B., Chen, Y., Wickham, S., Heroux, A., Cahill, K., Hanigan, M.H., and Mooers, B.H.M. 

1025 

(2013).  Nove

l  Insights  into  Eukaryotic  γ

-Glutamyltranspeptidase  1  from  the  Crystal 

1026 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

Structure of the Glutamate-bound Human Enzyme. Journal of Biological Chemistry 

288

1027 

31902-31913. 10.1074/jbc.M113.498139. 

1028 

35. 

Shibayama, K., Wachino, J.i., Arakawa, Y., Saidijam, M., Rutherford, N.G., and Henderson, 

1029 

P.J.F. (2007). Metabolism of glutamine and glutathione via γ‐glutamyltranspeptidase and 

1030 

glutamate  transport  in  <i>Helicobacter  pylori</i>  :  possible  significance  in  the 

1031 

pathophysiology of the organism. Molecular Microbiology 

64

, 396-406. 10.1111/j.1365-

1032 

2958.2007.05661.x. 

1033 

36. 

Boanca,  G.,  Sand,  A.,  Okada,  T.,  Suzuki,  H.,  Kumagai,  H.,  Fukuyama,  K.,  and  Barycki,  J.J. 

1034 

(2007).  Autoprocessing  of  Helicobacter  pylori  γ

-Glutamyltranspeptidase  Leads  to  the 

1035 

Formation of a Threonine-Threonine Catalytic Dyad. Journal of Biological Chemistry 

282

1036 

534-541. 10.1074/jbc.M607694200. 

1037 

37. 

Gupta,  V.,  Bhavanasi,  S.,  Quadir,  M.,  Singh,  K.,  Ghosh,  G.,  Vasamreddy,  K.,  Ghosh,  A., 

1038 

Siahaan, T.J., Banerjee, S., and Banerjee, S.K. (2019). Protein PEGylation for cancer therapy: 

1039 

bench  to  bedside.  Journal  of  Cell  Communication  and  Signaling 

13

,  319-330. 

1040 

10.1007/s12079-018-0492-0. 

1041 

38. 

Eagle,  H.,  Oyama,  V.I.,  Levy,  M.,  Horton,  C.L.,  and  Fleischman,  R.  (1956).  The  growth 

1042 

response of mammalian cells in tissue culture to L-glutamine and L-glutamic acid. The 

1043 

Journal of Biological Chemistry 

218

, 607-616. 

1044 

39. 

Rowe,  W.B.,  Ronzio,  R.A.,  and  Meister,  A.  (1969).  Inhibition  of  glutamine  synthetase  by 

1045 

methionine  sulfoximine.  Studies  on  methionine  sulfoximine  phosphate.  Biochemistry 

8

1046 

2674-2680. 10.1021/bi00834a065. 

1047 

40. 

Castle, J.C., Loewer, M., Boegel, S., de Graaf, J., Bender, C., Tadmor, A.D., Boisguerin, V., 

1048 

Bukur,  T.,  Sorn,  P.,  Paret,  C.,  et  al.  (2014).  Immunomic,  genomic  and  transcriptomic 

1049 

characterization  of  CT26  colorectal  carcinoma.  BMC  genomics 

15

,  190.  10.1186/1471-

1050 

2164-15-190. 

1051 

41. 

OLSON, C.K., and BINKLEY, F. (1950). Metabolism of glutathione. III. Enzymatic hydrolysis 

1052 

of cysteinylglycine. J Biol Chem 

186

, 731-735. 

1053 

42. 

Anderson, M.E., and Meister, A. (1980). Dynamic state of glutathione in blood plasma. J 

1054 

Biol Chem 

255

, 9530-9533. 

1055 

43. 

Zhang, P., Chan, W., Ang, I.L., Wei, R., Lam, M.M.T., Lei, K.M.K., and Poon, T.C.W. (2019). 

1056 

Revisiting  Fragmentation  Reactions  of  Protonated  α

-Amino  Acids  by  High-Resolution 

1057 

Electrospray Ionization Tandem Mass Spectrometry with Collision-Induced Dissociation. 

1058 

Sci Rep 

9

, 6453. 10.1038/s41598-019-42777-8. 

1059 

44. 

Chen,  W.W.,  Freinkman,  E.,  Wang,  T.,  Birsoy,  K.,  and  Sabatini,  D.M.  (2016).  Absolute 

1060 

Quantification of Matrix Metabolites Reveals the Dynamics of Mitochondrial Metabolism. 

1061 

Cell 

166

, 1324-1337.e1311. 10.1016/j.cell.2016.07.040. 

1062 

45. 

Yang, L., Achreja, A., Yeung, T.L., Mangala, L.S., Jiang, D., Han, C., Baddour, J., Marini, J.C., 

1063 

Ni,  J.,  Nakahara,  R.,  et  al.  (2016).  Targeting  Stromal  Glutamine  Synthetase  in  Tumors 

1064 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

Disrupts Tumor Microenvironment-Regulated Cancer Cell Growth. Cell Metab 

24

, 685-700. 

1065 

10.1016/j.cmet.2016.10.011. 

1066 

46. 

Linder, S.J., Bernasocchi, T., Martínez-Pastor, B., Sullivan, K.D., Galbraith, M.D., Lewis, C.A., 

1067 

Ferrer,  C.M.,  Boon,  R.,  Silveira,  G.G.,  Cho,  H.M.,  et  al.  (2023).  Inhibition  of  the  proline 

1068 

metabolism rate-limiting enzyme P5CS allows proliferation of glutamine-restricted cancer 

1069 

cells. Nat Metab 

5

, 2131-2147. 10.1038/s42255-023-00919-3. 

1070 

47. 

Diehl, F.F., Miettinen, T.P., Elbashir, R., Nabel, C.S., Darnell, A.M., Do, B.T., Manalis, S.R., Lewis, 

1071 

C.A., and Vander Heiden, M.G. (2022). Nucleotide imbalance decouples cell growth from 

1072 

cell proliferation. Nature Cell Biology 

24

, 1252-1264. 10.1038/s41556-022-00965-1. 

1073 

48. 

Papež, M., Jiménez Lancho, V., Eisenhut, P., Motheramgari, K., and Borth, N. (2023). SLAM‐

1074 

seq  reveals  early  transcriptomic  response  mechanisms  upon  glutamine  deprivation  in 

1075 

Chinese  hamster  ovary  cells.  Biotechnology  and  Bioengineering 

120

,  970-986. 

1076 

10.1002/bit.28320. 

1077 

49. 

Gameiro,  P.A.,  and  Struhl,  K.  (2018).  Nutrient  Deprivation  Elicits  a  Transcriptional  and 

1078 

Translational  Inflammatory  Response  Coupled  to  Decreased  Protein  Synthesis.  Cell 

1079 

Reports 

24

, 1415-1424. 10.1016/j.celrep.2018.07.021. 

1080 

50. 

Subramanian,  A.,  Tamayo,  P.,  Mootha,  V.K.,  Mukherjee,  S.,  Ebert,  B.L.,  Gillette,  M.A., 

1081 

Paulovich, A., Pomeroy, S.L., Golub, T.R., Lander, E.S., and Mesirov, J.P. (2005). Gene set 

1082 

enrichment  analysis:  a  knowledge-based  approach  for  interpreting  genome-wide 

1083 

expression profiles. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States 

1084 

of America 

102

, 15545-15550. 10.1073/pnas.0506580102. 

1085 

51. 

Bester, Assaf C., Roniger, M., Oren, Yifat S., Im, Michael M., Sarni, D., Chaoat, M., Bensimon, 

1086 

A., Zamir, G., Shewach, Donna S., and Kerem, B. (2011). Nucleotide Deficiency Promotes 

1087 

Genomic  Instability  in  Early  Stages  of  Cancer  Development.  Cell 

145

,  435-446. 

1088 

10.1016/j.cell.2011.03.044. 

1089 

52. 

Lin, J.J., and Dutta, A. (2007). ATR Pathway Is the Primary Pathway for Activating G2/M 

1090 

Checkpoint  Induction  After  Re-replication.  Journal  of  Biological  Chemistry 

282

,  30357-

1091 

30362. 10.1074/jbc.M705178200. 

1092 

53. 

Gaglio, D., Soldati, C., Vanoni, M., Alberghina, L., and Chiaradonna, F. (2009). Glutamine 

1093 

Deprivation  Induces  Abortive  S-Phase  Rescued  by  Deoxyribonucleotides  in  K-Ras 

1094 

Transformed Fibroblasts. PLoS ONE 

4

, e4715. 10.1371/journal.pone.0004715. 

1095 

54. 

Tran, T.Q., Ishak Gabra, M.B., Lowman, X.H., Yang, Y., Reid, M.A., Pan, M., O’Connor, T.R., 

1096 

and Kong, M. (2017). Glutamine deficiency induces DNA alkylation damage and sensitizes 

1097 

cancer cells to alkylating agents through inhibition of ALKBH enzymes. PLOS Biology 

15

1098 

e2002810. 10.1371/journal.pbio.2002810. 

1099 

55. 

Yuneva, M., Zamboni, N., Oefner, P., Sachidanandam, R., and Lazebnik, Y. (2007). Deficiency 

1100 

in  glutamine  but  not  glucose  induces  MYC-dependent  apoptosis  in  human  cells.  The 

1101 

Journal of Cell Biology 

178

, 93-105. 10.1083/jcb.200703099. 

1102 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

56. 

Liu, Y.-C., Li, F., Handler, J., Huang, C.R.L., Xiang, Y., Neretti, N., Sedivy, J.M., Zeller, K.I., and 

1103 

Dang, C.V. (2008). Global Regulation of Nucleotide Biosynthetic Genes by c-Myc. PLoS ONE 

1104 

3

, e2722. 10.1371/journal.pone.0002722. 

1105 

57. 

Tardito, S., Oudin, A., Ahmed, S.U., Fack, F., Keunen, O., Zheng, L., Miletic, H., Sakariassen, 

1106 

P.Ø., Weinstock, A., Wagner, A., et al. (2015). Glutamine synthetase activity fuels nucleotide 

1107 

biosynthesis  and  supports  growth  of  glutamine-restricted  glioblastoma.  Nature  Cell 

1108 

Biology 

17

, 1556-1568. 10.1038/ncb3272. 

1109 

58. 

Nguyen, T.V., Lee, J.E., Sweredoski, M.J., Yang, S.-J., Jeon, S.-J., Harrison, J.S., Yim, J.-H., Lee, 

1110 

S.G.,  Handa,  H.,  Kuhlman,  B.,  et  al.  (2016).  Glutamine  Triggers  Acetylation-Dependent 

1111 

Degradation of Glutamine Synthetase via the Thalidomide Receptor Cereblon. Molecular 

1112 

Cell 

61

, 809-820. 10.1016/j.molcel.2016.02.032. 

1113 

59. 

Tsai, P.-Y., Lee, M.-S., Jadhav, U., Naqvi, I., Madha, S., Adler, A., Mistry, M., Naumenko, S., 

1114 

Lewis, C.A., Hitchcock, D.S., et al. (2021). Adaptation of pancreatic cancer cells to nutrient 

1115 

deprivation  is  reversible  and  requires  glutamine  synthetase  stabilization  by  mTORC1. 

1116 

Proceedings  of  the  National  Academy  of  Sciences 

118

,  e2003014118. 

1117 

10.1073/pnas.2003014118. 

1118 

60. 

Shor,  B.,  Zhang,  W.-G.,  Toral-Barza,  L.,  Lucas,  J.,  Abraham,  R.T.,  Gibbons,  J.J.,  and  Yu,  K. 

1119 

(2008). A New Pharmacologic Action of CCI-779 Involves FKBP12-Independent Inhibition 

1120 

of  mTOR  Kinase  Activity  and  Profound  Repression  of  Global  Protein  Synthesis.  Cancer 

1121 

Research 

68

, 2934-2943. 10.1158/0008-5472.CAN-07-6487. 

1122 

61. 

Yoshida, H., Lareau, C.A., Ramirez, R.N., Rose, S.A., Maier, B., Wroblewska, A., Desland, F., 

1123 

Chudnovskiy, A., Mortha, A., Dominguez, C., et al. (2019). The cis-Regulatory Atlas of the 

1124 

Mouse Immune System. Cell 

176

, 897-912.e820. 10.1016/j.cell.2018.12.036. 

1125 

62. 

Newman, A.M., Steen, C.B., Liu, C.L., Gentles, A.J., Chaudhuri, A.A., Scherer, F., Khodadoust, 

1126 

M.S., Esfahani, M.S., Luca, B.A., Steiner, D., et al. (2019). Determining cell type abundance 

1127 

and expression from bulk tissues with digital cytometry. Nature Biotechnology 

37

, 773-

1128 

782. 10.1038/s41587-019-0114-2. 

1129 

63. 

Mosser,  D.M.,  and  Edwards,  J.P.  (2008).  Exploring  the  full  spectrum  of  macrophage 

1130 

activation. Nature Reviews Immunology 

8

, 958-969. 10.1038/nri2448. 

1131 

64. 

Biswas,  S.K.,  and  Mantovani,  A.  (2010).  Macrophage  plasticity  and  interaction  with 

1132 

lymphocyte  subsets:  cancer  as  a  paradigm.  Nature  Immunology 

11

,  889-896. 

1133 

10.1038/ni.1937. 

1134 

65. 

Sun, H.-W., Wu, W.-C., Chen, H.-T., Xu, Y.-T., Yang, Y.-Y., Chen, J., Yu, X.-J., Wang, Z., Shuang, 

1135 

Z.-Y.,  and  Zheng,  L.  (2021).  Glutamine  Deprivation  Promotes  the  Generation  and 

1136 

Mobilization  of  MDSCs  by  Enhancing  Expression  of  G-CSF  and  GM-CSF.  Frontiers  in 

1137 

Immunology 

11

, 616367. 10.3389/fimmu.2020.616367. 

1138 

66. 

Ruffolo, L.I., Jackson, K.M., Kuhlers, P.C., Dale, B.S., Figueroa Guilliani, N.M., Ullman, N.A., 

1139 

Burchard,  P.R.,  Qin,  S.S.,  Juviler,  P.G.,  Keilson,  J.M.,  et  al.  (2022).  GM-CSF  drives 

1140 

myelopoiesis,  recruitment  and  polarisation  of  tumour-associated  macrophages  in 

1141 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

cholangiocarcinoma and systemic blockade facilitates antitumour immunity. Gut 

71

, 1386-

1142 

1398. 10.1136/gutjnl-2021-324109. 

1143 

67. 

Gabrilovich,  D.I.,  Velders,  M.P.,  Sotomayor,  E.M.,  and  Kast,  W.M.  (2001).  Mechanism  of 

1144 

immune dysfunction in cancer mediated by immature Gr-1+ myeloid cells. J Immunol 

166

1145 

5398-5406. 10.4049/jimmunol.166.9.5398. 

1146 

68. 

Barbie, D.A., Tamayo, P., Boehm, J.S., Kim, S.Y., Moody, S.E., Dunn, I.F., Schinzel, A.C., Sandy, 

1147 

P., Meylan, E., Scholl, C., et al. (2009). Systematic RNA interference reveals that oncogenic 

1148 

KRAS-driven cancers require TBK1. Nature 

462

, 108-112. 10.1038/nature08460. 

1149 

69. 

Veglia, F., Sanseviero, E., and Gabrilovich, D.I. (2021). Myeloid-derived suppressor cells in 

1150 

the  era  of  increasing  myeloid  cell  diversity.  Nature  Reviews  Immunology 

21

,  485-498. 

1151 

10.1038/s41577-020-00490-y. 

1152 

70. 

Perez, C., Botta, C., Zabaleta, A., Puig, N., Cedena, M.-T., Goicoechea, I., Alameda, D., San 

1153 

José-Eneriz, E., Merino, J., Rodríguez-Otero, P., et al. (2020). Immunogenomic identification 

1154 

and  characterization  of  granulocytic  myeloid-derived  suppressor  cells  in  multiple 

1155 

myeloma. Blood 

136

, 199-209. 10.1182/blood.2019004537. 

1156 

71. 

Ouzounova, M., Lee, E., Piranlioglu, R., El Andaloussi, A., Kolhe, R., Demirci, M.F., Marasco, 

1157 

D.,  Asm,  I.,  Chadli,  A.,  Hassan,  K.A.,  et  al.  (2017).  Monocytic  and  granulocytic  myeloid 

1158 

derived  suppressor  cells  differentially  regulate  spatiotemporal  tumour  plasticity  during 

1159 

metastatic cascade. Nature Communications 

8

, 14979. 10.1038/ncomms14979. 

1160 

72. 

Jackson, C., Cherry, C., Bom, S., Dykema, A.G., Thompson, E., Zheng, M., Ji, Z., Hou, W., Li, 

1161 

R., Zhang, H., et al. (2023). Distinct Myeloid Derived Suppressor Cell Populations Promote 

1162 

Tumor 

Aggression 

in 

Glioblastoma. 

preprint 

Immunology. 

2023/03/27/. 

1163 

http://biorxiv.org/lookup/doi/10.1101/2023.03.26.534192. 

1164 

73. 

Spiegel, A., Brooks, M.W., Houshyar, S., Reinhardt, F., Ardolino, M., Fessler, E., Chen, M.B., 

1165 

Krall, J.A., DeCock, J., Zervantonakis, I.K., et al. (2016). Neutrophils Suppress Intraluminal 

1166 

NK  Cell

Mediated  Tumor  Cell  Clearance  and  Enhance  Extravasation  of  Disseminated 

1167 

Carcinoma Cells. Cancer Discovery 

6

, 630-649. 10.1158/2159-8290.CD-15-1157. 

1168 

74. 

Veglia,  F.,  Tyurin,  V.A.,  Blasi,  M.,  De  Leo,  A.,  Kossenkov,  A.V.,  Donthireddy,  L.,  To,  T.K.J., 

1169 

Schug,  Z.,  Basu,  S.,  Wang,  F.,  et  al.  (2019).  Fatty  acid  transport  protein  2  reprograms 

1170 

neutrophils in cancer. Nature 

569

, 73-78. 10.1038/s41586-019-1118-2. 

1171 

75. 

Racle, J., De Jonge, K., Baumgaertner, P., Speiser, D.E., and Gfeller, D. (2017). Simultaneous 

1172 

enumeration of cancer and immune cell types from bulk tumor gene expression data. eLife 

1173 

6

, e26476. 10.7554/eLife.26476. 

1174 

76. 

Ebi, H., Tomida, S., Takeuchi, T., Arima, C., Sato, T., Mitsudomi, T., Yatabe, Y., Osada, H., and 

1175 

Takahashi, T. (2009). Relationship of Deregulated Signaling Converging onto mTOR with 

1176 

Prognosis and Classification of Lung Adenocarcinoma Shown by Two Independent <i>In 

1177 

silico</i> Analyses. Cancer Research 

69

, 4027-4035. 10.1158/0008-5472.CAN-08-3403. 

1178 

77. 

Pavlova, N.N., Hui, S., Ghergurovich, J.M., Fan, J., Intlekofer, A.M., White, R.M., Rabinowitz, 

1179 

J.D.,  Thompson,  C.B.,  and  Zhang,  J.  (2018).  As  Extracellular  Glutamine  Levels  Decline, 

1180 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

Asparagine  Becomes  an  Essential  Amino  Acid.  Cell  Metabolism 

27

,  428-438.e425. 

1181 

10.1016/j.cmet.2017.12.006. 

1182 

78. 

Wu, J., Li, G., Li, L., Li, D., Dong, Z., and Jiang, P. (2021). Asparagine enhances LCK signalling 

1183 

to potentiate CD8+ T-cell activation and anti-tumour responses. Nature Cell Biology 

23

1184 

75-86. 10.1038/s41556-020-00615-4. 

1185 

79. 

Liu, P.-S., Wang, H., Li, X., Chao, T., Teav, T., Christen, S., Di Conza, G., Cheng, W.-C., Chou, 

1186 

C.-

H.,  Vavakova,  M.,  et  al.  (2017).  α

-ketoglutarate  orchestrates  macrophage  activation 

1187 

through  metabolic  and  epigenetic  reprogramming.  Nature  Immunology 

18

,  985-994. 

1188 

10.1038/ni.3796. 

1189 

80. 

Tannahill, G.M., Curtis, A.M., Adamik, J., Palsson-McDermott, E.M., McGettrick, A.F., Goel, 

1190 

G., Frezza, C., Bernard, N.J., Kelly, B., Foley, N.H., et al. (2013). Succinate is an inflammatory 

1191 

signal that induces IL-

1β through HIF

-

1α. Nature 

496

, 238-242. 10.1038/nature11986. 

1192 

81. 

Palmieri, E.M., Menga,  A.,  Martín-Pérez, R., Quinto, A.,  Riera-Domingo, C.,  De Tullio, G., 

1193 

Hooper, D.C., Lamers, W.H., Ghesquière, B., McVicar, D.W., et al. (2017). Pharmacologic or 

1194 

Genetic  Targeting  of  Glutamine  Synthetase  Skews  Macrophages  toward  an  M1-like 

1195 

Phenotype  and  Inhibits  Tumor  Metastasis.  Cell  Reports 

20

,  1654-1666. 

1196 

10.1016/j.celrep.2017.07.054. 

1197 

82. 

Berger, U.V., and Hediger, M.A. (2006). Distribution of the glutamate transporters GLT-1 

1198 

(SLC1A2) and GLAST (SLC1A3) in peripheral organs. Anatomy and Embryology 

211

, 595-

1199 

606. 10.1007/s00429-006-0109-x. 

1200 

83. 

Chan, W.K., Lorenzi, P.L., Anishkin, A., Purwaha, P., Rogers, D.M., Sukharev, S., Rempe, S.B., 

1201 

and Weinstein, J.N. (2014). The glutaminase activity of l-asparaginase is not required for 

1202 

anticancer  activity  against  ASNS-negative  cells.  Blood 

123

,  3596-3606.  10.1182/blood-

1203 

2013-10-535112. 

1204 

84. 

Chan, W.-K., Horvath, T.D., Tan, L., Link, T., Harutyunyan, K.G., Pontikos, M.A., Anishkin, A., 

1205 

Du,  D.,  Martin,  L.A.,  Yin,  E.,  et  al.  (2019).  Glutaminase  Activity  of  <span  style="font-

1206 

variant:small-caps;">L</span> -Asparaginase Contributes to Durable Preclinical Activity 

1207 

against  Acute  Lymphoblastic  Leukemia.  Molecular  Cancer  Therapeutics 

18

,  1587-1592. 

1208 

10.1158/1535-7163.MCT-18-1329. 

1209 

85. 

Chimenti, M.S., Triggianese, P., Conigliaro, P., Candi, E., Melino, G., and Perricone, R. (2015). 

1210 

The interplay between inflammation and metabolism in rheumatoid arthritis. Cell Death & 

1211 

Disease 

6

, e1887-e1887. 10.1038/cddis.2015.246. 

1212 

86. 

Oliveira,  G.,  De  Abreu,  M.,  Pelosi,  P.,  and  Rocco,  P.  (2016).  Exogenous  Glutamine  in 

1213 

Respiratory Diseases: Myth or Reality? Nutrients 

8

, 76. 10.3390/nu8020076. 

1214 

87. 

Baazim, H., Antonio-Herrera, L., and Bergthaler, A. (2022). The interplay of immunology 

1215 

and  cachexia  in  infection  and  cancer.  Nature  Reviews  Immunology 

22

,  309-321. 

1216 

10.1038/s41577-021-00624-w. 

1217 

88. 

Hamanaka, R.B., O'Leary, E.M., Witt, L.J., Tian, Y., Gökalp, G.A., Meliton, A.Y., Dulin, N.O., and 

1218 

Mutlu, G.M. (2019). Glutamine Metabolism Is Required for Collagen Protein Synthesis in 

1219 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

Lung Fibroblasts. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology 

61

, 597-606. 

1220 

10.1165/rcmb.2019-0008OC. 

1221 

89. 

Sheng, S.J., Kraft, J.J., and Schuster, S.M. (1993). A Specific Quantitative Colorimetric Assay 

1222 

for L-Asparagine. Analytical Biochemistry 

211

, 242-249. 10.1006/abio.1993.1264. 

1223 

90. 

Putluri, N., Shojaie, A., Vasu, V.T., Vareed, S.K., Nalluri, S., Putluri, V., Thangjam, G.S., Panzitt, 

1224 

K., Tallman, C.T., Butler, C., et al. (2011). Metabolomic profiling reveals potential markers 

1225 

and  bioprocesses  altered  in  bladder  cancer  progression.  Cancer  Res 

71

,  7376-7386. 

1226 

10.1158/0008-5472.CAN-11-1154. 

1227 

91. 

Vantaku, V., Donepudi, S.R., Piyarathna, D.W.B., Amara, C.S., Ambati, C.R., Tang, W., Putluri, 

1228 

V., Chandrashekar, D.S., Varambally, S., Terris, M.K., et al. (2019). Large-scale profiling of 

1229 

serum  metabolites  in  African  American  and  European  American  patients  with  bladder 

1230 

cancer reveals metabolic pathways associated with patient survival. Cancer 

125

, 921-932. 

1231 

10.1002/cncr.31890. 

1232 

92. 

Arunachalam, A.R., Samuel, S.S., Mani, A., Maynard, J.P., Stayer, K.M., Dybbro, E., Narayanan, 

1233 

S.,  Biswas,  A.,  Pathan,  S.,  Soni,  K.,  et  al.  (2023).  P2Y2  purinergic  receptor  gene  deletion 

1234 

protects mice from bacterial endotoxin and sepsis-associated liver injury and mortality. 

1235 

Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 

325

, G471-G491. 10.1152/ajpgi.00090.2023. 

1236 

93. 

Dobin, A., Davis, C.A., Schlesinger, F., Drenkow, J., Zaleski, C., Jha, S., Batut, P., Chaisson, M., 

1237 

and  Gingeras,  T.R.  (2013).  STAR:  ultrafast  universal  RNA-seq  aligner.  Bioinformatics 

1238 

(Oxford, England) 

29

, 15-21. 10.1093/bioinformatics/bts635. 

1239 

94. 

Love, M.I., Huber, W., and Anders, S. (2014). Moderated  estimation of fold change and 

1240 

dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biology 

15

, 550. 10.1186/s13059-014-

1241 

0550-8. 

1242 

95. 

Shannon,  P.,  Markiel,  A.,  Ozier,  O.,  Baliga,  N.S.,  Wang,  J.T.,  Ramage,  D.,  Amin,  N., 

1243 

Schwikowski, B., and Ideker, T. (2003). Cytoscape: a software environment for integrated 

1244 

models  of  biomolecular  interaction  networks.  Genome  Research 

13

,  2498-2504. 

1245 

10.1101/gr.1239303. 

1246 

96. 

Li, B., and Dewey, C.N. (2011). RSEM: accurate transcript quantification from RNA-Seq data 

1247 

with or without a reference genome. BMC Bioinformatics 

12

, 323. 10.1186/1471-2105-12-

1248 

323. 

1249 

 

1250 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

HIGHLIGHTS 
 

1.

 

H. pylori

 

γ

-glutamyl transferase (GGT) depletes glutamine for up to 72h in mice 

2.

 

PEG-GGT treatment increases infiltration of myeloid derived suppressive cells in tumors 

3.

 

Across diverse cancers, TCGA analyses revealed glutamine depletion is not beneficial 

 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

KEY RESOURCES TABLE 

The table highlights the reagents, genetically modified organisms and strains, cell lines, software, 
instrumentation, and source data 

essential 

to reproduce results presented in the manuscript. Depending 

on the nature of the study, this may include standard laboratory materials (i.e., food chow for metabolism 
studies, support material for catalysis studies), but the table is 

not 

meant to be a comprehensive list of all 

materials and resources used (e.g., essential chemicals such as standard solvents, SDS, sucrose, or 
standard culture media do not need to be listed in the table). 

However, please note that items in the 

table must also be reported in the method details section within the context of their use.

  

ALL references cited in the key resources table must be included in the main references list. 

Citations should be formatted as “Author name et al.

#

” (e.g., Smith et al.

1

), with the citation number 

matching that in the main references list.  

Please report the information as follows: 

 

REAGENT or RESOURCE:

 Provide the full descriptive name of the item so that it can be identified 

and linked with its description in the manuscript (e.g., provide version number for software, host 
source for antibody, strain name). See the sample tables

 

at the end of this document for examples of 

how to report reagents. 

o

  In the 

experimental models sections

 (applicable only to experimental life science 

studies), please include all models used in the paper and describe each line/strain as 
model organism: name used for strain/line in paper: genotype (e.g., 
Mouse: OXTR

fl/fl

: B6.129(SJL)-Oxtr

tm1.1Wsy/J

).  

o

  The 

Biological samples section

 (applicable only to experimental life science studies) 

should list all samples obtained in this study or from commercial sources or biological 
repositories.  

o

 

You may list a maximum of 10 oligonucleotides or RNA sequences

 

in the table. If 

there are more than 10 to report, please provide this information as a supplemental 
document and reference the file (e.g., See Table S1 for XX) in the key resources table.  

o

 

Deposited data

 should include both newly deposited data from this manuscript and 

existing datasets that were used in the manuscript. 

o

  Please include software and code mentioned in the method details or data and code 

availability section under 

software and algorithms

o

  Any item that does not fit the existing subheadings should be added to the 

“other” 

section. 

Please do not add your own subheadings.

 

 

SOURCE: 

Report the company, manufacturer, or individual that provided the item or where the item 

can be obtained (e.g., stock center or repository).  

o

  For materials distributed by Addgene, please cite the article describing the plasmid and 

include “Addgene” as part of the identifier.  

o

  If an item is from another lab, please include the name of the principal investigator and a 

citation if it has been previously published. 

o

  If the material is being reported for the first time in the current paper, please indicate as 

“this paper.”  

o

  For software, please provide the company name if it is commercially available or cite the 

paper in which it has been initially described. 

 

IDENTIFIER: 

Include catalog numbers 

(entered in the column as “Cat#” followed by the number, 

e.g., Cat#3879S). Where available, please include unique entities such as RRIDs, Model Organism 
Database numbers, and accession numbers preceded by database abbreviations such as PDB or 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

CCDC). Please ensure the accuracy of the identifiers, as they are essential for generation of 
hyperlinks to external sources when available. For more information about data sharing policies and 
a list of recommended data repositories for abbreviations, please see the Cell Press 

Author’s guide 

to data sharing. 

o

  For antibodies, if applicable and available, please also include the lot number or clone 

identity.  

o

  For software or data resources, please include the URL where the resource can be 

downloaded.  

o

  When listing more than one identifier for the same item, use semicolons to separate them 

(e.g., Cat#3879S; RRID: AB_2255011).  

o

  If an identifier is not available, 

please enter “N/A” in the column.   

o

 

A NOTE ABOUT RRIDs:

 we highly recommend using RRIDs as the identifier (in 

particular for antibodies and organisms but also for software tools and databases). For 
more details on how to obtain or generate an RRID for existing or newly generated 
resources, please visit the RII or search for RRIDs. 

Please use the empty table that follows to organize the information under the provided subheadings and 
skip sections that are not relevant to your study. To add a row, place the cursor at the end of the row 
above where you would like to add the row, just outside the right border of the table. Then press the 
ENTER key to add the row. Alternatively, you can right-click on your mouse and choose Insert > Insert 
rows above or Insert rows below. Please delete empty rows. Each entry must be on a separate row; do 
not list multiple items in a single table cell. Please see the sample tables at the end of this document for 
relevant examples in the life and physical sciences of how reagents and instrumentation should be cited. 

 

 

 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

TABLE FOR AUTHOR TO COMPLETE 

Please do not add custom subheadings. If you wish to make an entry that does not fall into one of the 
subheadings below, please contact your handling editor or add it under 

the “other

” subheading

Any subheadings 

not relevant to your study can be skipped. (NOTE: references should be in numbered style, e.g., Smith et al.

1

 

Key resources table 

REAGENT or RESOURCE 

SOURCE 

IDENTIFIER 

Antibodies 

Anti-Mouse CD16/CD52 

BD Biosciences 

#553142 

Anti-Mouse CD45-BUV395 

BD Biosciences 

#564279 

Anti-Mouse CD11b-BV421 

Biolegend 

#101235 

Anti-Mouse CD11c-BV785  

Biolegend 

#117335 

Anti-Mouse F4/80-APC/Cy7  

Biolegend 

#123117 

Anti-Mouse Ly6C-PE  

Biolegend 

#128007 

Anti-Mouse Ly6G-PerCP/Cy5.5  

Biolegend 

#127615 

Anti-Mouse CD206-AF488  

Biolegend 

#141709 

Anti-Mouse CD86-AF700  

Biolegend 

#105023 

Anti-Mouse CD3-APC  

Biolegend 

#100235 

Anti-Mouse CD4-AF594  

Biolegend 

#100446 

Anti-Mouse CD8-PerCP/Cy5  

Biolegend 

#100731 

Anti-Mouse NKp45-e450  

Invitrogen 

#48-3351-82 

Anti-Mouse CD19-APC-Cy7 

Biolegend 

#115519 

Anti-Mouse FOXP3-AF488  

Biolegend 

#126405 

 

 

 

Bacterial and virus strains  

E. coli

 Rosetta-2 

Novagen 

#71402 

E. coli

 MC1061 

ThermoFisher 

#C66303 

 

 

 

Biological samples 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chemicals, peptides, and recombinant proteins 

Chloramphenicol 

Sigma 

#C0738 

Kanamycin 

Sigma 

#K1377 

isopropyl 

β

-D-thiogalactopyranoside (IPTG)  

FisherScientific 

#BP1755-10 

Imidazole  

Sigma 

#I0250 

Universal nuclease  

Thermofisher 

#88700 

Protease inhibitor cocktail  

Sigma  

#P8849 

Triton X-114  

Sigma  

#X114 

Methoxy-PEG-CH

2

COO-NHS, Mw 5,000  

Sunbright  

#ME-050AS 

𝛄

 -

(p-nitroanilide) (

𝛄

GPNA) 

 

Sigma 

#G1135 

Ninhydrin reagent  

Sigma 

#151173 

RPMI-1640  

Corning 

#10-040-CV 

Dialyzed Fetal bovine serum (dFBS)  

Sigma 

#F0392 

Fetal bovine serum (FBS) 

RnD Biosystems 

#S11150 

3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium 
bromide (MTT) 

VWR 

#97062-376 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

Temsirolimus  

Selleckchem 

#S1044 

Sytox green  

ThermoFisher 

#S7020 

Collagenase D  

Roche  

#11088858001 

DNAse  

Sigma  

#DN25 

Live/dead aqua die  

ThermoFisher 

#L34957) 

L-Methionine-sulfoximine (MSO) 

Sigma 

#M5379 

 

 

 

Critical commercial assays 

bicinchoninic acid (BCA) assay 

ThermoFisher 

#23225 

chromogenic endotoxin detection kit  

ThermoFisher 

#A39552S 

Promega Glutamine/Glutamate Glo kit 

Promega 

#J8021 

Total glutathione assay kit 

Cayman 

#703002 

RNeasy kit  

Qiagen 

#74104) 

cDNA reverse transcription kit  

Invitrogen 

#4368813 

SsoFastTM EvaGreen® Supermix with Low ROX  

Bio-Rad  

# 1725211 

 

 

 

Deposited data 

Raw and analyzed RNA-seq data 

This Paper 

GEO: GSE247472 

Raw data 

Tsai-P-Y et al.

59

 

GEO: GSE144833 

The Cancer Genome Atlas  

National Cancer 
Institute (NCI) and 
National Broad 
Institute Human 
Genome Research 
Institute (NHGRI) 

www.firebrowse.org 

 

 

 

 

 

 

Experimental models: Cell lines 

CT26 

ATCC 

#CRL-2638 

4T1 

ATCC 

#CRL-2539 

MC38 

Sigma-Aldrich 

#SCC172 

 

 

 

Experimental models: Organisms/strains 

Mouse: BALB/c 

Charles River 
Laboratories 

BALB/cAnNCrl 

 

 

 

Oligonucleotides 

 

 

 

Recombinant DNA 

hpGGT gene sequence 

IDT 

N/A 

pET-28a 

Novagen 

# 69864 

 

 

 

Software and algorithms 

GraphPad Prism 

GraphPad 

V9.0 

STAR alignment 

Dobin, A et al.

93

 

https://github.com/al
exdobin/STAR 

R (v 4.0.1) 

r-project.org 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

DESeq2 

Love M.I. et al.

94

 

https://bioconductor.
org/packages/releas
e/bioc/html/DESeq2.
html 

GSEA 

UC San Diego and 
Broad Institute 

 gsea-msigdb.org 

ssGSEA 

Barbie, D.A. et al.

68

 

https://github.com/br
oadinstitute/ssGSEA
2.0 

Cytoscape 

Shannon. P et al.

95

 

https://cytoscape.org 

RSEM 

Li, B. et al.

96

 

https://github.com/de
weylab/RSEM 

CIBERSORTx 

Newman, A.M. et al.

62

 

https://cibersortx.sta
nford.edu 

AriaMX 

Agilent 

Version 2.1 

EPIC 

Racle, J. et al.

75

 

https://github.com/Gf
ellerLab/EPIC 

Biorender 

Biorender 

www.biorender.com 

FlowJo 

BD Biosciences 

FlowJo v10 

 

 

 

Other 

10 kDa NMWCO centrifugal filters 

 

Sartorius

 

#VS2002 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

SAMPLE TABLES FOR AUTHOR REFERENCE 

 

LIFE SCIENCES  

REAGENT or RESOURCE 

SOURCE 

IDENTIFIER 

Antibodies 

Rabbit monoclonal anti-Snail

 

Cell Signaling Technology

 

Cat#3879S; RRID: 
AB_2255011 

Mouse monoclonal anti-Tubulin (clone DM1A) 

Sigma-Aldrich 

Cat#T9026; RRID: 
AB_477593 

Rabbit polyclonal anti-BMAL1 

This paper 

N/A 

Bacterial and virus strains 

pAAV-hSyn-DIO-hM3D(Gq)-mCherry

 

Krashes et al.

1

 

Addgene AAV5; 
44361-AAV5 
 

AAV5-EF1a-DIO-hChR2(H134R)-EYFP 

Hope Center Viral Vectors 
Core 

N/A 

Cowpox virus Brighton Red 

BEI Resources 

NR-88 

Zika-SMGC-1, GENBANK: KX266255 

Isolated from patient 
(Wang et al.

2

N/A 

Staphylococcus aureus 

ATCC 

ATCC 29213 

Streptococcus pyogenes

: M1 serotype strain: strain 

SF370; M1 GAS

 

ATCC 

ATCC 700294 

Biological samples 

Healthy adult BA9 brain tissue

 

University of Maryland 
Brain & Tissue Bank; 
http://medschool.umarylan
d.edu/btbank/

 

Cat#UMB1455 

Human hippocampal brain blocks 

New York Brain Bank 

http://nybb.hs.colum
bia.edu/ 

Patient-derived xenografts (PDX) 

Children's Oncology 
Group Cell Culture and 
Xenograft Repository 

http://cogcell.org/ 

Chemicals, peptides, and recombinant proteins 

MK-2206 AKT inhibitor 

Selleck Chemicals 

S1078; CAS: 
1032350-13-2 

SB-505124 

Sigma-Aldrich 

S4696; CAS: 
694433-59-5 (free 
base) 

Picrotoxin 

Sigma-Aldrich 

P1675; CAS: 124-
87-8 

Human TGF-

β  

R&D 

240-B; GenPept: 
P01137 

Activated S6K1  

Millipore 

Cat#14-486 

GST-BMAL1  

Novus  

Cat#H00000406-
P01 

Critical commercial assays 

EasyTag EXPRESS 35S Protein Labeling Kit 

PerkinElmer

 

NEG772014MC  

CaspaseGlo 3/7 

Promega 

G8090 

TruSeq ChIP Sample Prep Kit 

Illumina 

IP-202-1012 

Deposited data 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

Raw and analyzed data  

This paper 

GEO: GSE63473 

B-RAF RBD (apo) structure 

This paper 

PDB: 5J17 

Human reference genome NCBI build 37, GRCh37 

Genome Reference 
Consortium 

http://www.ncbi.nlm.
nih.gov/projects/gen
ome/assembly/grc/h
uman/ 

Nanog STILT inference 

This paper; Mendeley 
Data 

http://dx.doi.org/10.1
7632/wx6s4mj7s8.2 

Affinity-based mass spectrometry performed with 57 
genes 

This paper; Mendeley 
Data 

Table S8; 
http://dx.doi.org/10.1
7632/5hvpvspw82.1 

Experimental models: Cell lines   

 

Hamster: CHO cells  

ATCC 

CRL-11268 

D. melanogaster

: Cell line S2: S2-DRSC 

Laboratory of Norbert 
Perrimon 

FlyBase: 
FBtc0000181 

Human: Passage 40 H9 ES cells  

MSKCC stem cell core 
facility 

N/A 

Human: HUES 8 hESC line (NIH approval number 
NIHhESC-09-0021) 
 

HSCI iPS Core 

hES Cell Line: 
HUES-8 

Experimental models: Organisms/strains  

C. elegans

: Strain BC4011: srl-1(s2500) II; dpy-

18(e364) III; unc-46(e177)rol-3(s1040) V. 

Caenorhabditis Genetics 
Center 

WB Strain: BC4011; 
WormBase: 
WBVar00241916 

D. melanogaster

: RNAi of Sxl: y[1] sc[*] v[1]; 

P{TRiP.HMS00609}attP2 

Bloomington Drosophila 
Stock Center 

BDSC:34393; 
FlyBase: 
FBtp0064874 

S. cerevisiae

: Strain background: W303 

ATCC 

ATTC: 208353 

Mouse: R6/2: B6CBA-Tg(HDexon1)62Gpb/3J 

The Jackson Laboratory 

JAX: 006494

 

Mouse: OXTRfl/fl: B6.129(SJL)-Oxtr

tm1.1Wsy

/J 

The Jackson Laboratory 

RRID: 
IMSR_JAX:008471 

Zebrafish: Tg(Shha:GFP)t10:  t10Tg 

Neumann and Nuesslein-
Volhard

3

 

ZFIN: ZDB-GENO-
060207-1 

Arabidopsis

: 35S::PIF4-YFP, BZR1-CFP 

Wang et al.

4

 

N/A 

Arabidopsis

: JYB1021.2: 

pS24(AT5G58010)::cS24:GFP(-G):NOS #1 

NASC 

NASC ID: N70450 

Oligonucleotides 

siRNA targeting sequence: PIP5K I alpha #1: 
ACACAGUACUCAGUUGAUA 
 

This paper 

N/A 

Primers for XX, see Table SX 

This paper 

N/A 

Primer: GFP/YFP/CFP Forward: 
GCACGACTTCTTCAAGTCCGCCATGCC 

This paper 

N/A 

Morpholino: MO-pax2a 
GGTCTGCTTTGCAGTGAATATCCAT 

Gene Tools 

ZFIN: ZDB-
MRPHLNO-061106-

ACTB (hs01060665_g1)  

Life Technologies  

Cat#4331182 

RNA sequence: hnRNPA1_ligand: 
UAGGGACUUAGGGUUCUCUCUAGGGACUUAG
GGUUCUCUCUAGGGA 

This paper 
 

N/A 

Recombinant DNA 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

pLVX-Tight-Puro (TetOn) 

Clonetech 

Cat#632162 

Plasmid: GFP-Nito 

This paper 

N/A 

cDNA GH111110 

Drosophila Genomics 
Resource Center 

DGRC:5666; 
FlyBase:FBcl013041

AAV2/1-hsyn-GCaMP6- WPRE  
 

Chen et al.

5

 

 

N/A 

Mouse raptor: pLKO mouse shRNA 1 raptor 

Thoreen et al.

6

 

Addgene Plasmid 
#21339 

Software and algorithms 

ImageJ 

Schneider et al.

7

 

https://imagej.nih.go
v/ij/ 

Bowtie2 

Langmead and Salzberg

8

 

http://bowtie-
bio.sourceforge.net/
bowtie2/index.shtml 

Samtools 

Li et al.

9

 

http://samtools.sourc
eforge.net/ 

Weighted Maximal Information Component Analysis 
v0.9 

Rau et al.

10

 

https://github.com/C
hristophRau/wMICA 

ICS algorithm 

This paper; Mendeley 
Data 

http://dx.doi.org/10.1
7632/5hvpvspw82.1 

Other 

Sequence data, analyses, and resources related to 
the ultra-deep sequencing of the AML31 tumor, 
relapse, and matched normal 

This paper 

http://aml31.genome
.wustl.edu

 

Resource website for the AML31 publication 
 

This paper 

https://github.com/ch
risamiller/aml31Supp
Site 

 

 

 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010393-html.html
background image

 

 

PHYSICAL SCIENCES 

REAGENT or RESOURCE 

SOURCE 

IDENTIFIER 

Chemicals, peptides, and recombinant proteins 

QD605 streptavidin conjugated quantum dot 

Thermo Fisher Scientific 

Cat#Q10101MP 

Platinum black  

Sigma-Aldrich 

Cat#205915 

Sodium formate BioUltra, ≥99.0% (NT) 

Sigma-Aldrich 

Cat#71359 

Chloramphenicol 

Sigma-Aldrich 

Cat#C0378 

Carbon dioxide (

13

C, 99%) (<2% 

18

O) 

Cambridge Isotope 
Laboratories 

CLM-185-5 

Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) 

Sigma-Aldrich 

427179 

PTFE Hydrophilic Membrane Filters, 0.22 

m, 90 

mm 

Scientificfilters.com/Tisch 
Scientific 

SF13842 

Critical commercial assays 

Folic Acid (FA) ELISA kit 

Alpha Diagnostic 
International 

 

Cat# 0365-0B9 

TMT10plex Isobaric Label Reagent Set   

Thermo Fisher   

A37725 

Surface Plasmon Resonance CM5 kit 

 

GE Healthcare 

Cat#29104988 

NanoBRET Target Engagement K-5 kit   

Promega 

 

Cat#N2500 

Deposited data 

B-RAF RBD (apo) structure 

This paper 

PDB: 5J17 

Structure of compound 5 

This paper; Cambridge 
Crystallographic Data 
Center 

CCDC: 2016466 

Code for constraints-based modeling and analysis 
of autotrophic 

E. coli

 

This paper 
 
 

https://gitlab.com/ela
d.noor/sloppy/tree/ma
ster/rubisco 

Software and algorithms 

Gaussian09 

Frish et al.

1

 

https://gaussian.com 

Python version 2.7 

Python Software 
Foundation 

https://www.python.or

ChemDraw Professional 18.0 

PerkinElmer 

https://www.perkinel
mer.com/category/ch
emdraw 

Weighted Maximal Information Component Analysis 
v0.9 

Rau et al.

2

 

https://github.com/Ch
ristophRau/wMICA 

Other 

DASGIP MX4/4 Gas Mixing Module for 4 Vessels 
with a Mass Flow Controller 

Eppendorf 

Cat#76DGMX44

 

Agilent 1200 series HPLC  

Agilent Technologies 

https://www.agilent.c
om/en/products/liquid
-chromatography 

PHI Quantera II XPS 

ULVAC-PHI, Inc. 

https://www.ulvac-
phi.com/en/products/
xps/phi-quantera-ii/ 

 

Journal Pre-proof