Neutralizing antibodies against the SARS-CoV-2 spike (S) protein are a goal of COVID-19 vaccines and have received emergency use authorization as therapeutics. However, viral escape mutants could compromise efficacy. To define immune-selected mutations in the S protein, we exposed a VSV-eGFP-SARS-CoV-2-S chimeric virus, in which the VSV glycoprotein is replaced with the S protein, to 19 neutralizing monoclonal antibodies (mAbs) against the receptor-binding domain (RBD) and generated 50 different escape mutants. Each mAb had a unique resistance profile, although many shared residues within an epitope of the RBD. Some variants (e.g., S477N) were resistant to neutralization by multiple mAbs, whereas others (e.g., E484K) escaped neutralization by convalescent sera. Additionally, sequential selection identified mutants that escape neutralization by antibody cocktails. Comparing these antibody-mediated mutations with sequence variation in circulating SARS-CoV-2 revealed substitutions that may attenuate neutralizing immune responses in some humans and thus warrant further investigation.

Autocrine and paracrine cell communication can be conveyed by multiple mediators, including membrane-associate proteins, secreted proteins and exosomes. Exosomes are 30–100 nm endosome-derived vesicles consisting in cytosolic material surrounded by a lipid bilayer containing transmembrane proteins. We have previously shown that dendritic cells (DCs) express on their surface multiple TNF superfamily ligands (TNFSFLs), by which they can induce the apoptotic demise of tumor cells as well as the activation of natural killer (NK) cells. In the present study, we demonstrate that, similar to DCs, DC-derived exosomes (DCex) express on their surface TNF, FasL and TRAIL, by which they can trigger caspase activation and apoptosis in tumor cells. We also show that DCex activate NK cells and stimulate them to secrete interferonγ (IFNγ) upon the interaction of DCex TNF with NK-cell TNF receptors. These data demonstrate that DCex can mediate essential innate immune functions that were previously ascribed to DCs.

Patients with chronic inflammatory disease (CID) treated with immunosuppressive medications have increased risk for severe COVID-19. Although mRNA-based SARS-CoV-2 vaccination provides protection in immunocompetent persons, immunogenicity in immunosuppressed patients with CID is unclear.To determine the immunogenicity of mRNA-based SARS-CoV-2 vaccines in patients with CID.Prospective observational cohort study.Two U.S. CID referral centers.Volunteer sample of adults with confirmed CID eligible for early COVID-19 vaccination, including hospital employees of any age and patients older than 65 years. Immunocompetent participants were recruited separately from hospital employees. All participants received 2 doses of mRNA vaccine against SARS-CoV-2 between 10 December 2020 and 20 March 2021. Participants were assessed within 2 weeks before vaccination and 20 days after final vaccination.Anti-SARS-CoV-2 spike (S) IgG+ binding in all participants, and neutralizing antibody titers and circulating S-specific plasmablasts in a subset to assess humoral response after vaccination.Most of the 133 participants with CID (88.7%) and all 53 immunocompetent participants developed antibodies in response to mRNA-based SARS-CoV-2 vaccination, although some with CID developed numerically lower titers of anti-S IgG. Anti-S IgG antibody titers after vaccination were lower in participants with CID receiving glucocorticoids (n = 17) than in those not receiving them; the geometric mean of anti-S IgG antibodies was 357 (95% CI, 96 to 1324) for participants receiving prednisone versus 2190 (CI, 1598 to 3002) for those not receiving it. Anti-S IgG antibody titers were also lower in those receiving B-cell depletion therapy (BCDT) (n = 10). Measures of immunogenicity differed numerically between those who were and those who were not receiving antimetabolites (n = 48), tumor necrosis factor inhibitors (n = 39), and Janus kinase inhibitors (n = 11); however, 95% CIs were wide and overlapped. Neutralization titers seemed generally consistent with anti-S IgG results. Results were not adjusted for differences in baseline clinical factors, including other immunosuppressant therapies.Small sample that lacked demographic diversity, and residual confounding.Compared with nonusers, patients with CID treated with glucocorticoids and BCDT seem to have lower SARS-CoV-2 vaccine-induced antibody responses. These preliminary findings require confirmation in a larger study.The Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust, Marcus Program in Precision Medicine Innovation, National Center for Advancing Translational Sciences, and National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases.

Abstract The balance between apoptosis (“programmed cell death”) and autophagy (“programmed cell survival”) is important in tumor development and response to therapy. Here, we show that high mobility group box 1 (HMGB1) and p53 form a complex that regulates the balance between tumor cell death and survival. We show that knockout of p53 in HCT116 cells increases expression of cytosolic HMGB1 and induces autophagy. Conversely, knockout of HMGB1 in mouse embryonic fibroblasts increases p53 cytosolic localization and decreases autophagy. p53 is thus a negative regulator of the HMGB1/Beclin 1 complex, and HMGB1 promotes autophagy in the setting of diminished p53. HMGB1-mediated autophagy promotes tumor cell survival in the setting of p53-dependent processes. The HMGB1/p53 complex affects the cytoplasmic localization of the reciprocal binding partner, thereby regulating subsequent levels of autophagy and apoptosis. These insights provide a novel link between HMGB1 and p53 in the cross-regulation of apoptosis and autophagy in the setting of cell stress, providing insights into their reciprocal roles in carcinogenesis. Cancer Res; 72(8); 1996–2005. ©2012 AACR.

Neuro-inflammation signaling has been identified as an important hallmark of Alzheimer's disease (AD) in addition to amyloid β plaques (Aβ) and neurofibrillary tangles (NFTs). However, our knowledge of neuro-inflammation is very limited; and the core signaling pathways associated with neuro-inflammation are missing. From a novel perspective, i.e., investigating weakly activated molecular signals (rather than the strongly activated molecular signals), in this study, we uncovered the core neuro-inflammation signaling pathways in AD. Our novel hypothesis is that weakly activated neuro-inflammation signaling pathways can cause neuro-degeneration in a chronic process; whereas, strongly activated neuro-inflammation often cause acute disease progression like in COVID-19. Using the two large-scale genomics datasets, i.e., Mayo Clinic (77 control and 81 AD samples) and RosMap (97 control and 260 AD samples), our analysis identified 7 categories of signaling pathways implicated on AD and related to virus infection: immune response, x-core signaling, apoptosis, lipid dysfunctional, biosynthesis and metabolism, and mineral absorption signaling pathways. More interestingly, most of genes in the virus infection, immune response and x-core signaling pathways, are associated with inflammation molecular functions. Specifically, the x-core signaling pathways were defined as a group of 9 signaling proteins: MAPK, Rap1, NF-kappa B, HIF-1, PI3K-Akt, Wnt, TGF-beta, Hippo and TNF, which indicated the core neuro-inflammation signaling pathways responding to the low-level and weakly activated inflammation and hypoxia, and leading to the chronic neuro-degeneration. The core neuro-inflammation signaling pathways can be used as novel therapeutic targets for effective AD treatment and prevention.

Abstract The risk of Alzheimer’s disease (AD) in women is about 2 times greater than in men. The estrogen hypothesis is being accepted as the essential sex factor causing the sex difference in AD. Also, the recent meta-analysis using large-scale medical records data indicated estrogen replacement therapy. However, the underlying molecular targets and mechanisms explaining this sex difference in AD disease development remain unclear. In this study, we identified that estrogen treatment can strongly inhibition of neuro-inflammation signaling targets, using the systems pharmacology model; and identified ESR1/ESR2 (the receptors of estrogen) are topologically close to the neuroinflammation biomarker genes using signaling network analysis. Moreover, the estrogen level in women decreased to an extremely lower level than in men after age 55. Pooling together the multiple pieces of evidence, it is concluded that the loss of estrogen unleashing neuro-inflammation increases the women’s risk of Alzheimer’s disease. These analysis results provide novel supporting evidence explaining the potential mechanism of the anti-neuroinflammation role of estrogen causing the sex difference of AD. Medications boosting the direct downstream signaling of ESR1/ESR2, or inhibiting upstream signaling targets of neuroinflammation, like JAK2 inhibitors, on the signaling network can be potentially effective or synergistic combined with estrogen for AD prevention and treatment.

SUMMARY Uptake and spread of proteopathic seeds, such as αS, Tau, and TDP-43, contribute to neurodegeneration. The cellular machinery necessary for this process is poorly understood. Using a genome-wide CRISPR-Cas9 screen, we identified Valosin Containing Protein (VCP) as a suppressor of αS seeding. Dominant mutations in VCP cause multisystem proteinopathy (MSP) with muscle and neuronal degeneration. VCP inhibition or disease mutations increase αS seeding in cells and neurons. This is not associated with an increase in seed uptake and is similar to treatment with the lysosomal damaging agent, LLoME. Intrastriatal injection of αS seeds into VCP disease mice enhances seeding efficiency compared with controls. This is not specific to αS since VCP inhibition or disease mutations increased TDP-43 seeding in neurons. These data support that VCP protects against proteopathic spread of pathogenic aggregates. The spread of distinct aggregate species may dictate pleiotropic phenotypes and pathologies in VCP associated MSP.

Abstract Most human genetic variation is classified as VUS - variants of uncertain significance. While advances in genome editing have allowed innovation in pooled screening platforms, many screens deal with relatively simple readouts (viability, fluorescence) and cannot identify the complex cellular phenotypes that underlie most human diseases. In this paper, we present a generalizable functional genomics platform that combines high-content imaging, machine learning, and microraft isolation in a new method termed “Raft-Seq”. We highlight the efficacy of our platform by showing its ability to distinguish pathogenic point mutations of the mitochondrial regulator MFN2 , even when the cellular phenotype is subtle. We also show that our platform achieves its efficacy using multiple cellular features, which can be configured on-the-fly. Raft-Seq enables a new way to perform pooled screening on sets of mutations in biologically relevant cells, with the ability to physically capture any cell with a perturbed phenotype and expand it clonally, directly from the primary screen. Graphical Abstract Here, we address the need to evaluate the impact of numerous genetic variants. This manuscript depicts the methods of using machine learning on a biologically relevant phenotype to predict specific point mutations, followed by physically capturing those mutated cells.

Abstract Nucleus-associated autophagy has been described as a cellular metabolic response by which nuclear material is actively degraded. This degradation occurs after stress, such as nuclear damage or the onset of tumorigenesis. Here we describe a nucleus-associated autophagic process distinct from other forms of selective autophagy in human cell lines. We found that although nuclear localization of MAP1LC3B (LC3) is not dependent on particular nuclear importins, knockdown of nuclear importins, which causes nuclear stress, can induce a nuclear autophagic response. Our characterization of this autophagic phenomenon was facilitated by chemical modulation of the process via two compounds discovered previously in a high content analysis. These small molecules bidirectionally regulate nuclear LC3 in human renal, pancreatic, and bladder cell lines. One molecule (NSC31762 or DTEP ) enhances nuclear LC3 puncta and increases lysosomal targeting of LC3. This compound also decreases the nuclear envelope protein LaminB1. Another molecule (NSC279895 or DIHI ) reduces the nuclear localization of LC3. Finally, we applied these chemical tools in the setting of mitotic-disruptor induced nuclear stress. The compound DIHI, shown to reduce nuclear autophagic puncta, diminished the mitotic disruptor effect. These new tools will allow for deeper exploration of nucleus-associated autophagies, and could serve as proof-of-principle in guiding new therapies for diseases involving nuclear stress.

Mutations in mitochondrial-related genes underlie numerous neurodegenerative diseases, yet the significance of most variants remains uncertain concerning disease phenotypes. Several thousand genes have been shown to regulate mitochondria in eukaryotic cells, but which of these genes are necessary for proper mitochondrial dynamics? We investigated the degree of morphological disruptions in mitochondrial gene-silenced cells to understand the magnitude of genetic contribution to properly functioning mitochondria and to identify pathogenic variants. We analyzed 5,835 gRNAs in a high dimensional phenotypic dataset produced by the image-based pooled analysis platform Raft-Seq. Using the MFN2-mutant cell phenotype, we identified several genes, including TMEM11, TIMM8A, and three NADH Ubiquinone proteins, as crucial for normal mitochondrial morphology in human U2OS cells. Additionally, we found several missense and UTR variants within the genes SLC25A19 and ATAD3A as drivers of mitochondrial aggregation. By examining multiple features instead of a single readout, this analysis was powered to detect genes which had morphological 9signatures9 aligned with MFN2-mutant phenotypes. Reanalysis with anomaly detection revealed other critical genes, including APOOL, MCEE, NIT, PHB, and SLC16A7, which perturb mitochondrial network morphology in a manner divergent from MFN2. These studies offer insights into the molecular basis for mitochondrial dysfunction, setting the stage for new genomic diagnostics and therapeutic discovery.