Abstract Recent breakthroughs on protein structure prediction, namely AlphaFold, have led to unprecedented new possibilities in related areas. However, the lack of training utilities in its current open-source code hinders the community from further developing or adapting the model. Here we present Uni-Fold as a thoroughly open-source platform for developing protein folding models beyond AlphaFold. We reimplemented AlphaFold and AlphaFold-Multimer in the PyTorch framework, and reproduced their from-scratch training processes with equivalent or better accuracy. Based on various optimizations, Uni-Fold achieves about 2.2 times training acceleration compared with AlphaFold under similar hardware configuration. On a benchmark of recently released multimeric protein structures, Uni-Fold outperforms AlphaFold-Multimer by approximately 2% on the TM-Score. Uni-Fold is currently the only open-source repository that supports both training and inference of multimeric protein models. The source code, model parameters, test data, and web server of Uni-Fold are publicly available 3 .

Abstract Deep folding models have revolutionized the conventional methods of protein complex prediction. However, applying them to large protein oligomers is not easy. These models generally require copying the sequences of identical subunits to capture the in-between relationships. Accordingly, the scales of target protein complexes are strictly limited due to the cubic complexity of these models. To address this issue, we propose UF-Symmetry (Uni-Fold Symmetry), which is extricated from the need of sequence copying via harnessing the intrinsic symmetry of large protein oligomers. Taking the sequences of the asymmetric unit (AU) and a pre-specified symmetry group, UF-Symmetry learns to fold the AU and to assemble the complex structure in an end-to-end manner. By reducing the input scales from entire assemblies to AUs, UF-Symmetry allows to predict much larger assemblies with significant acceleration: for a complex of 4-fold cyclic symmetry (C4) and AU size of 512, UF-Symmetry achieves approximately 20 times acceleration to current methods. On a benchmark of recently released PDB multimers, UF-Symmetry approximately halves the failure rate of current methods and achieves approaching accuracy on commonly successful cases.

Plant nucleotide-binding leucine-rich repeat (NLR) immune receptors with an N-terminal Toll/interleukin-1 receptor (TIR) domain mediate recognition of strain-specific pathogen effectors, typically via their C-terminal ligand-sensing domains1. Effector binding enables TIR-encoded enzymatic activities that are required for TIR-NLR (TNL)-mediated immunity2,3. Many truncated TNL proteins lack effector-sensing domains but retain similar enzymatic and immune activities4,5. The mechanism underlying the activation of these TIR domain proteins remain unclear. Here we show that binding of the TIR substrates NAD+ and ATP induces phase separation of TIR domain proteins in vitro. A similar condensation occurs with a TIR domain protein expressed via its native promoter in response to pathogen inoculation in planta. The formation of TIR condensates is mediated by conserved self-association interfaces and a predicted intrinsically disordered loop region of TIRs. Mutations that disrupt TIR condensates impair the cell death activity of TIR domain proteins. Our data reveal phase separation as a mechanism for the activation of TIR domain proteins and provide insight into substrate-induced autonomous activation of TIR signalling to confer plant immunity.

Abstract Powered by flagella, many bacterial species exhibit collective motion on a solid surface commonly known as swarming. As a natural example of active matter, swarming is also an essential biological phenotype associated with virulence, chemotaxis, and host pathogenesis. Physical changes like cell elongation and hyper flagellation have been shown to accompany the swarming phenotype. However, less noticeable, are the contrasts of collective motion between the swarming cells and the planktonic cells of comparable cell density. Here, we show that confining bacterial movement in designed dimensions allows distinguishing bacterial swarming from collective swimming. We found that on a soft agar plate, a novel bacterial strain Enterobacter sp. SM3 exhibited different motion patterns in swarming and planktonic states when confined to circular microwells of a specific range of sizes. When the confinement diameter was between 40 μm and 90 μm, swarming SM3 formed a single swirl motion pattern in the microwells whereas planktonic SM3 showed multiple swirls. Similar differential behavior is observed across a range of randomly selected gram-negative bacteria. We hypothesize that the “rafting behavior” of the swarming bacteria upon dilution might account for the motion pattern difference. We verified our conjectures via numerical simulations where swarming cells are modeled with lower repulsion and more substantial alignment force. The novel technical approach enabled us to observe swarming on a non-agar tissue surface for the first time. Our work provides the basis for characterizing bacterial swarming under more sophisticated environments, such as polymicrobial swarmer detection, and in vivo swarming exploration.

Abstract Species in genus Torreya are nut trees that produce dry fruits with a wide assortment of functions. Here, we report the 19-Gb chromosome-level genome assembly of T. grandis. The genome is shaped by an ancient whole genome duplication and recurrent LTR retrotransposon bursts. Comparative genomic analyses reveal key genes involved in reproductive organ development, cell wall biosynthesis and seed storage. Two genes encoding a C 18 Δ 9 -elongase and a C 20 Δ 5 -desaturase are identified in T. grandis to be responsible for sciadonic acid biosynthesis and both are present in diverse plant lineages except angiosperms. We demonstrate that the histidine-rich boxes of the Δ 5 -desaturase are crucial for its catalytic activity. Methylome analysis reveals that methylation valleys of the T. grandis seed genome harbor genes associated with important seed activities, including cell wall and lipid biosynthesis. Moreover, seed development is accompanied by DNA methylation changes that possibly fuel energy production. This study provides important genomic resource for gymnosperms and unravels key enzymes for biosynthesis of sciadonic acid as a hallmark metabolite of gymnosperms.

The stimulation of P2X7 receptor by extracellular ATP leads to activation of NLRP3 inflammasome and release of pro-inflammatory cytokines. Here, we reveal a distinct mechanism by which Paxillin promotes ATP-induced activation of P2X7 receptor and NLRP3 inflammasome. Extracellular ATP induces Paxillin phosphorylation and facilitates Paxillin-NLRP3 interaction. Interestingly, Paxillin enhances NLRP3 deubiquitination and activates NLRP3 inflammasome upon ATP treatment and K+ efflux. Moreover, we reveal that UPS13 is a key enzyme for Paxillin-mediated NLRP3 deubiquitination upon ATP treatment. Notably, extracellular ATP promotes Paxillin and NLRP3 migration from cytosol to plasma membrane and facilitates P2X7-Paxillin interaction and Paxillin-NLRP3 association, resulting in the formation of P2X7-Paxillin-NLRP3 complex. Functionally, Paxillin is essential for ATP-induced NLRP3 inflammasome activation in mouse BMDMs and BMDCs as we as in human PBMCs and THP-1-differentiated macrophages. Thus, Paxillin plays key roles in ATP-induced activation of P2X7 receptor and NLRP3 inflammasome by facilitating the formation of the P2X7-Paxillin-NLRP3 complex.

One of the fundamental reactions of the innate immune responses to pathogen infection is the release of pro-inflammatory cytokines, including IL-1β, processed by the NLRP3 inflammasome. STING is essential for innate immune responses and inflammasome activation. Here we reveal a distinct mechanism by which STING regulates the NLRP3 inflammasome activation, IL-1β secretion, and inflammatory responses in human cell lines, mice primary cells, and mice. Interestingly, upon HSV-1 infection and cytosolic DNA stimulation, STING binds to NLRP3 and promotes the inflammasome activation through two approaches. First, STING recruits NLRP3 and promotes NLRP3 translocation to the endoplasmic reticulum, thereby facilitating the inflammasome formation. Second, STING interacts with NLRP3 and removes K48- and K63-linked polyubiquitination of NLRP3, thereby promoting the inflammasome activation. Collectively, we demonstrate that the cGAS-STING-NLRP3 signaling is essential for host defense against DNA virus infection.