Background Crohn's disease is a heterogeneous disorder for which NOD2 (CARD 15) has been identified as a susceptibility gene. We investigate the relation between NOD2 genotype and phenotypic characteristics of patients with Crohn's disease. Methods Hypotheses about the relation between NOD2 genotype and Crohn's disease phenotype were generated retrospectively from a group of 446 German patients with this disorder. Positive findings (p<0·10) were verified in prospectively established cohorts of 106 German and 55 Norwegian patients with Crohn's disease. All patients were genotyped for the main coding mutations in NOD2, denoted SNP8, SNP12, and SNP13, with Taqman technology. Findings In the retrospective cohort, six clinical characteristics showed noteworthy haplotype association: fistulising, ileal, left colonic and right colonic disease, stenosis, and resection. In the German prospective cohort, these haplotype associations could be replicated for ileal (p=0·006) and right colonic disease (p≤0·001). A similar trend was noted in the Norwegian patients. Interpretation We recorded a distinct relation between NOD2 genotype and phenotype of Crohn's disease. Test strategies with NOD2 variations to predict the clinical course of Crohn's disease could lead to the development of new therapeutic paradigms.

Abstract The gut mucolytic specialist Akkermansia muciniphila is strongly associated with the integrity of the mucus layer. Mucin glycan utilization requires the removal of diverse protective caps, notably, fucose and sialic acid, but the enzymatic details of this process remain largely unknown. Here, we describe the specificities of ten A. muciniphila glycoside hydrolases, which collectively remove all known sialyl and fucosyl mucin caps including those with double sulphated epitopes. Structural analyses revealed an unprecedented fucosidase modular arrangement and explained the exclusive sialyl T-antigen specificity of a sialidase of a previously unknown family and catalytic apparatus. Key cell attached sialidases and fucosidases conferred mucin-binding and their inhibition abolished growth of A. muciniphila on mucin. Remarkably, the sialic acid fucose did not contribute to A. muciniphila growth, but instead promoted butyrate production by co-cultured Clostridia. This study brings unique mechanistic insight into the initiation of mucin O -glycan degradation by A. muciniphila and the nutrient sharing between key mucus-associated bacteria.

Abstract Protein stability is an important parameter in almost all protein-engineering efforts. Evaluating the effects of the many possible amino acid changes to guide such projects is a significant task, even with recent advances in experimental and computational approaches. Here, we apply a computational model, GMMA, to extract substitution effects from a cost-effective genetic screen of a randomly mutated protein library. Using a high mutation frequency, the method can map stability effects of even very stable proteins for which conventional selection systems have reached their limit. Thus, we screened a mutant library of a highly stable and optimised model protein using an in vivo genetic sensor for folding and assigned a stability effect to 374 of 912 possible single amino acid substitutions. Combining the top 9 substitutions increased the thermodynamic stability by almost 50% in a single engineering step. This illustrates the capability of the method, which is applicable to any screen for protein function.

ABSTRACT Lytic polysaccharide monooxygenases (LPMOs) are oxidative enzymes that help break down lignocellulose, making them highly attractive for improving biomass utilization in biotechnological purposes. The catalytically essential N-terminal histidine (His1) of LPMOs is post-translationally modified by methylation in filamentous fungi to protect them from auto-oxidative inactivation, however, the responsible methyltransferase enzyme is unknown. Using mass-spectrometry-based quantitative proteomics in combination with systematic CRISPR/Cas9 knockout screening in Aspergillus nidulans , we identified the N-terminal histidine methyltransferase (NHMT) encoded by the gene AN4663. Targeted proteomics confirmed that NHMT was solely responsible for His1 methylation of LPMOs. NHMT is predicted to encode a unique seven-transmembrane segment anchoring a soluble methyltransferase domain. Co-localization studies showed endoplasmic reticulum residence of NHMT and co-expression in the industrial production yeast Komagataella phaffii with LPMOs resulted in His1 methylation of the LPMOs. This demonstrates the biotechnological potential of recombinant production of proteins and peptides harbouring this unique post-translational modification.

Abstract Animal venom peptides represent valuable compounds for biomedical exploration. The venoms of marine cone snails constitute a particularly rich source of peptide toxins, known as conotoxins. Here, we identify the sequence of an unusually large conotoxin, Mu8.1, that defines a new class of conotoxins evolutionarily related to the well-known con-ikot-ikots and two additional conotoxin classes not previously described. The crystal structure of recombinant Mu8.1 displays a saposin-like fold and shows structural similarity with con-ikot-ikot. Functional studies demonstrate that Mu8.1 curtails calcium influx in defined classes of murine somatosensory dorsal root ganglion (DRG) neurons. When tested on a variety of voltage-gated ion channels, Mu8.1 preferentially inhibited the R-type (Cav2.3) calcium channel. Ca 2+ signals from Mu8.1-sensitive DRG neurons were also inhibited by SNX-482, a known spider peptide modulator of Cav2.3 and voltage-gated K + (Kv4) channels. Our findings highlight the potential of Mu8.1 as a molecular tool to identify and study neuronal subclasses expressing Cav2.3. Importantly, this multidisciplinary study demonstrates the feasibility of large, disulfide-rich venom-component investigation, an endeavor that will lead to the discovery of novel structures and functions in the previously underexplored group of macro-conotoxins.

Abstract A significant challenge today within protein lipidology is to understand the relationship between cell structure, lipid membrane integrity, ion homeostasis and the embedded membrane proteins. The bacterial magnesium transporter A (MgtA) is a specialized P-type ATPase important for Mg 2+ import into the cytoplasm; disrupted magnesium homeostasis is linked to intrinsic ribosome instability and nitro-oxidative stress in Salmonella strains. MgtA’s function is highly dependent on anionic lipids, particularly cardiolipin, and further co-localization of cardiolipin with MgtA at the E. coli cell poles has been revealed. Here, we show that MgtA has functional specificity for cardiolipin 18:1, but it reaches maximum activity only in combination with cardiolipin 16:0, equivalent to the major components of native cardiolipin found in E. coli membranes. This is the first time it has been shown experimentally that two different lipid species from the same class, individually promoting low activity, can enhance activity in combination. Native mass spectrometry verifies the presence of two binding sites for cardiolipin and kinetic studies reveal that a cooperative relationship likely exists between the two different cardiolipin variants (cardiolipin 16:0 and cardiolipin 18:1). This is the first experimental evidence of cooperative effects between lipids of the same class, with only minor variations in their acyl chain composition, acting on a membrane protein. In summary, our results reveal that MgtA exhibits a highly complex interaction with one cardiolipin 18:1 and one cardiolipin 16:0, affecting protein activity and stability, and contributing to our understanding of the particular interactions between lipid environment and membrane proteins. Further, a better understanding of Mg 2+ homeostasis in bacteria, due to its role as a virulence regulator, will provide further insights into the regulation and mechanism of bacterial infections.

We assembled and analyzed genetic data of 47,351 multiple sclerosis (MS) subjects and 68,284 control subjects and establish a reference map of the genetic architecture of MS that includes 200 autosomal susceptibility variants outside the major histocompatibility complex (MHC), one chromosome X variant, and 32 independent associations within the extended MHC. We used an ensemble of methods to prioritize up to 551 potentially associated MS susceptibility genes, that implicate multiple innate and adaptive pathways distributed across the cellular components of the immune system. Using expression profiles from purified human microglia, we do find enrichment for MS genes in these brain-resident immune cells. Thus, while MS is most likely initially triggered by perturbation of peripheral immune responses the functional responses of microglia and other brain cells are also altered and may have a role in targeting an autoimmune process to the central nervous system.