Two groups identify the regulation of death-receptor-induced necroptosis as an epithelial intrinsic mechanism that is important for the maintenance of immune homeostasis and the prevention of intestinal inflammation in mice. Welz et al. describe an unexpected physiological function for FADD (Fas-associated protein with death domain), an adaptor protein required for death-receptor-induced apoptosis. Mice with intestinal epithelial specific knockout of FADD develop severe colon inflammation due to increased death of FADD-deficient colonic epithelial cells. Günther et al. report a novel and unexpected function of caspase-8 in maintaining immune homeostasis in the gut. Caspase-8 expression by gut epithelial cells is shown to protect mice from TNF-mediated Paneth cell death and intestinal inflammation. Increased expression of the protein RIP3 was associated with the TNF-induced pathology, and elevated RIP3 expression was also found in intestinal Paneth cells of patients with Crohn's disease. Dysfunction of the intestinal epithelium is believed to result in the excessive translocation of commensal bacteria into the bowel wall that drives chronic mucosal inflammation in Crohn’s disease, an incurable inflammatory bowel disease in humans characterized by inflammation of the terminal ileum1. In healthy individuals, the intestinal epithelium maintains a physical barrier, established by the tight contact of cells. Moreover, specialized epithelial cells such as Paneth cells and goblet cells provide innate immune defence functions by secreting mucus and antimicrobial peptides, which hamper access and survival of bacteria adjacent to the epithelium2. Epithelial cell death is a hallmark of intestinal inflammation and has been discussed as a possible pathogenic mechanism driving Crohn’s disease in humans3. However, the regulation of epithelial cell death and its role in intestinal homeostasis remain poorly understood. Here we demonstrate a critical role for caspase-8 in regulating necroptosis of intestinal epithelial cells (IECs) and terminal ileitis. Mice with a conditional deletion of caspase-8 in the intestinal epithelium (Casp8ΔIEC) spontaneously developed inflammatory lesions in the terminal ileum and were highly susceptible to colitis. Casp8ΔIEC mice lacked Paneth cells and showed reduced numbers of goblet cells, indicating dysregulated antimicrobial immune cell functions of the intestinal epithelium. Casp8ΔIEC mice showed increased cell death in the Paneth cell area of small intestinal crypts. Epithelial cell death was induced by tumour necrosis factor (TNF)-α, was associated with increased expression of receptor-interacting protein 3 (Rip3; also known as Ripk3) and could be inhibited on blockade of necroptosis. Lastly, we identified high levels of RIP3 in human Paneth cells and increased necroptosis in the terminal ileum of patients with Crohn’s disease, suggesting a potential role of necroptosis in the pathogenesis of this disease. Together, our data demonstrate a critical function of caspase-8 in regulating intestinal homeostasis and in protecting IECs from TNF-α-induced necroptotic cell death.

In biological fluids, proteins associate with nanoparticles, leading to a protein "corona" defining the biological identity of the particle. However, a comprehensive knowledge of particle-guided protein fingerprints and their dependence on nanomaterial properties is incomplete. We studied the long-lived ("hard") blood plasma derived corona on monodispersed amorphous silica nanoparticles differing in size (20, 30, and 100 nm). Employing label-free liquid chromatography mass spectrometry, one- and two-dimensional gel electrophoresis, and immunoblotting the composition of the protein corona was analyzed not only qualitatively but also quantitatively. Detected proteins were bioinformatically classified according to their physicochemical and biological properties. Binding of the 125 identified proteins did not simply reflect their relative abundance in the plasma but revealed an enrichment of specific lipoproteins as well as proteins involved in coagulation and the complement pathway. In contrast, immunoglobulins and acute phase response proteins displayed a lower affinity for the particles. Protein decoration of the negatively charged particles did not correlate with protein size or charge, demonstrating that electrostatic effects alone are not the major driving force regulating the nanoparticle–protein interaction. Remarkably, even differences in particle size of only 10 nm significantly determined the nanoparticle corona, although no clear correlation with particle surface volume, protein size, or charge was evident. Particle size quantitatively influenced the particle's decoration with 37% of all identified proteins, including (patho)biologically relevant candidates. We demonstrate the complexity of the plasma corona and its still unresolved physicochemical regulation, which need to be considered in nanobioscience in the future.

Understanding nanoparticle–protein interactions is a crucial issue in the development of targeted nanomaterial delivery. Besides unraveling the composition of the nanoparticle's protein coronas, distinct proteins thereof could control nanoparticle uptake into specific cell types. Here we differentially analyzed the protein corona composition on four polymeric differently functionalized nanoparticles by label-free quantitative mass spectrometry. Next, we correlated the relative abundance of identified proteins in the corona with enhanced or decreased cellular uptake of nanoparticles into human cancer and bone marrow stem cells to identify key candidates. Finally, we verified these candidate proteins by artificially decorating nanoparticles with individual proteins showing that nanoparticles precoated with the apolipoproteins ApoA4 or ApoC3 significantly decreased the cellular uptake, whereas precoating with ApoH increased the cellular uptake.

Oligodendrocytes synthesize the CNS myelin sheath by enwrapping axonal segments with elongations of their plasma membrane. Spatial and temporal control of membrane traffic is a prerequisite for proper myelin formation. The major myelin proteolipid protein (PLP) accumulates in late endosomal storage compartments and multivesicular bodies (MVBs). Fusion of MVBs with the plasma membrane results in the release of the intralumenal vesicles, termed exosomes, into the extracellular space. Here, we show that cultured oligodendrocytes secrete exosomes carrying major amounts of PLP and 2'3'-cyclic-nucleotide-phosphodiesterase (CNP). These exosomes migrated at the characteristic density of 1.10-1.14 g/mL in sucrose density gradients. Treatment of primary oligodendrocytes with the calcium-ionophore ionomycin markedly increased the release of PLP-containing exosomes, indicating that oligodendroglial exosome secretion is regulated by cytosolic calcium levels. A proteomic analysis of the exosomal fraction isolated by sucrose density centrifugation revealed in addition to PLP and CNP, myelin basic protein (MBP) and myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) as constituents of oligodendroglial exosomes, together with a striking group of proteins with proposed functions in the relief of cell stress. Oligodendroglial exosome secretion may contribute to balanced production of myelin proteins and lipids, but in addition exosomes may embody a signaling moiety involved in glia-mediated trophic support to axons.

LFQbench, a software tool to assess the quality of label-free quantitative proteomics analyses, enables developers to benchmark and improve analytic methods. Consistent and accurate quantification of proteins by mass spectrometry (MS)-based proteomics depends on the performance of instruments, acquisition methods and data analysis software. In collaboration with the software developers, we evaluated OpenSWATH, SWATH 2.0, Skyline, Spectronaut and DIA-Umpire, five of the most widely used software methods for processing data from sequential window acquisition of all theoretical fragment-ion spectra (SWATH)-MS, which uses data-independent acquisition (DIA) for label-free protein quantification. We analyzed high-complexity test data sets from hybrid proteome samples of defined quantitative composition acquired on two different MS instruments using different SWATH isolation-window setups. For consistent evaluation, we developed LFQbench, an R package, to calculate metrics of precision and accuracy in label-free quantitative MS and report the identification performance, robustness and specificity of each software tool. Our reference data sets enabled developers to improve their software tools. After optimization, all tools provided highly convergent identification and reliable quantification performance, underscoring their robustness for label-free quantitative proteomics.

Abstract Neurons extend long axons that require maintenance and are susceptible to degeneration. Long-term integrity of axons depends on intrinsic mechanisms including axonal transport and extrinsic support from adjacent glial cells. The mechanisms of support provided by myelinating oligodendrocytes to underlying axons are only partly understood. Oligodendrocytes release extracellular vesicles (EVs) with properties of exosomes, which upon delivery to neurons improve neuronal viability in vitro . Here, we show that oligodendroglial exosome secretion is impaired in two mouse mutants exhibiting secondary axonal degeneration due to oligodendrocyte-specific gene defects. Wildtype oligodendroglial exosomes support neurons by improving the metabolic state and promoting axonal transport in nutrient deprived neurons. Mutant oligodendrocytes release less exosomes that share a common signature of underrepresented proteins. Notably, mutant exosomes lack the ability to support nutrient deprived neurons and to promote axonal transport. Together, these findings indicate that glia to neuron exosome transfer promotes neuronal long-term maintenance by facilitating axonal transport, providing a novel mechanistic link between myelin diseases and secondary loss of axonal integrity.

Abstract Neural stem cells reside in a specialized neurogenic niche of the hippocampus termed the subgranular zone. Throughout life, they give rise to adult-born neurons in the dentate gyrus thereby contributing to learning and memory. Here, we report that neurons together with neural stem and precursor cells secrete the neurovascular protein epidermal growth factor-like protein 7 (EGFL7) to shape this niche. EGFL7 knock-out in vivo promoted adult neurogenesis generating neurons forming additional spines which permanently integrated into the neural circuit until old age. RNA-sequencing identified the cytokine VEGF-D as a major molecular driver of this process in vivo . In behavioral studies EGFL7 knock-out mice displayed stronger maintenance of memory suggesting longer-lasting spatial memory and improved memory consolidation in the hippocampus by modulation of pattern separation in young and aged mice. Taken together, EGFL7 is an upstream regulator of the VEGF-D in adult neurogenesis and a key regulator of learning and memory.

Abstract Some proteins have acquired both ubiquitin ligase activity and RNA-binding properties and are therefore known as RNA-binding Ubiquitin ligases (RBULs). These proteins provide a link between the RNA metabolism and the ubiquitin proteasome system (UPS). The UPS is a crucial protein surveillance system of eukaryotes primarily involved in the selective proteolysis of proteins which are covalently marked with ubiquitin through a series of steps involving ubiquitin E1 activating, E2 conjugating and E3 ligating enzymes. The UPS also regulates other key cellular processes such as cell cycle, proliferation, cell differentiation, transcription and signal transduction. While RBULs have been characterized in other organisms, little is known about their role in Plasmodium falciparum , the causative agent of the deadliest human malaria, malaria tropica. In this study, we characterized a previously identified putative P. falciparum RING finger E3 ligase Pf RNF1. We show that the protein is highly expressed in sexual stage parasites and mainly present in immature male gametocytes. Using proximity interaction studies with parasite lines expressing Pf RNF1 tagged with the Biotin ligase BirA, we identified an interaction network of Pf RNF1 in both the asexual blood stages and gametocytes composed mainly of ribosomal proteins, RNA-binding proteins including translational repressors such DOZI, CITH, PUF1 and members of the CCR4-NOT complex, as well as proteins of the UPS such as RPN11, RPT1 and RPT6. Our interaction network analysis reveals Pf RNF1 as a potential RNA-binding E3 ligase which links RNA dependent processes with protein ubiquitination to regulate gene expression. Importance RBULs provide a link between RNA-mediated processes with the ubiquitin system. Only a few RBULs have been identified and none has been characterized in the malaria parasite P. falciparum . In this study, we unveiled the interactome of the putative P. falciparum E3 ligase Pf RNF1. We show that Pf RNF1 interacts with both proteins of the ubiquitin system as well as RNA-binding proteins therefore indicating that it is a putative RBUL which links RNA regulation with the ubiquitin system in P. falciparum .