Abstract Phase separation is emerging as a universal principle for how cells use dynamic subcompartmentalization to organize biochemical reactions in time and space 1,2 . Yet, whether the emergent physical properties of these biomolecular condensates are important for their biological function remains unclear. The intrinsically disordered protein PopZ forms membraneless condensates at the poles of the bacterium Caulobacter crescentus and selectively sequesters kinase-signaling cascades to regulate asymmetric cell division 3–5 . By dissecting the molecular grammar underlying PopZ phase separation, we find that unlike many eukaryotic examples, where unstructured regions drive condensation 6,7 , a structured domain of PopZ drives condensation, while conserved repulsive features of the disordered region modulate material properties. By generating rationally designed PopZ mutants, we find that the exact material properties of PopZ condensates directly determine cellular fitness, providing direct evidence for the physiological importance of the emergent properties of biomolecular condensates. Our work codifies a clear set of design principles illuminating how sequence variation in a disordered domain alters the function of a widely conserved bacterial condensate. We used these insights to repurpose PopZ as a modular platform for generating synthetic condensates of tunable function in human cells.

SUMMARY The ongoing COVID-19 pandemic is responsible for worldwide economic damage and nearly one million deaths. Potent drugs for the treatment of severe SARS-CoV-2 infections are not yet available. To identify host factors that support coronavirus infection, we performed genome-wide functional genetic screens with SARS-CoV-2 and the common cold virus HCoV-229E in non-transgenic human cells. These screens identified PI3K type 3 as a potential drug target against multiple coronaviruses. We discovered that the lysosomal protein TMEM106B is an important host factor for SARS-CoV-2 infection. Furthermore, we show that TMEM106B is required for replication in multiple human cell lines derived from liver and lung and is expressed in relevant cell types in the human airways. Our results identify new coronavirus host factors that may potentially serve as drug targets against SARS-CoV-2 or to quickly combat future zoonotic coronavirus outbreaks.

Despite the success of immunotherapy, overcoming immunoresistance in cancer remains challenging. We identified a unique niche of tumor-associated macrophages (TAMs), coexpressing T cell immunoglobulin and mucin domain–containing 3 (TIM3) and V-domain immunoglobulin suppressor of T cell activation (VISTA), that dominated human and mouse tumors resistant to most of the currently used immunotherapies. TIM3 + VISTA + TAMs were sustained by IL-4–enriching tumors with low (neo)antigenic and T cell–depleted features. TIM3 + VISTA + TAMs showed an anti-inflammatory and protumorigenic phenotype coupled with inability to sense type I interferon (IFN). This was established with cancer cells succumbing to immunogenic cell death (ICD). Dying cancer cells not only triggered autocrine type I IFNs but also exposed HMGB1/VISTA that engaged TIM3/VISTA on TAMs to suppress paracrine IFN-responses. Accordingly, TIM3/VISTA blockade synergized with paclitaxel, an ICD-inducing chemotherapy, to repolarize TIM3 + VISTA + TAMs to proinflammatory TAMs that killed cancer cells via tumor necrosis factor–related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) signaling. We propose targeting TIM3 + VISTA + TAMs to overcome immunoresistant tumors.

The maintenance of a highly functional metabolic epithelium in vitro is challenging. Metabolic impairments in primary human hepatocytes (PHHs) over time is primarily due to epithelial-to-mesenchymal transitioning (EMT). The immature hepatoma cell line HepG2 was used as an in vitro model to explore strategies for enhancing the hepatic phenotype. The phenotypic characterization includes measuring the urea cycle, lipid storage, tricarboxylic acid-related metabolites, reactive oxygen species, endoplasmic reticulum calcium efflux, mitochondrial membrane potentials, oxygen consumptions rate, and CYP450 biotransformation capacity. Expression studies were performed with transcriptomics, co-immunoprecipitation and proteomics. CRISPR/Cas9 was also employed to genetically engineer HepG2 cells. After confirming that PHHs develop an EMT phenotype, expression of tankyrase1/2 was found to increase over time. EMT was reverted when blocking tankyrases1/2-dependent poly-ADP-ribosylation (PARylation) activity, by biochemical and genetic perturbation. Wnt/β-catenin inhibitor XAV-939 blocks tankyrase1/2 and treatment elevated several oxygen-consuming reactions (electron-transport chain, OXHPOS, CYP450 mono-oxidase activity, phase I/II xenobiotic biotransformation, and prandial turnover), suggesting that cell metabolism was enhanced. Glutathione-dependent redox homeostasis was also significantly improved in the XAV-939 condition. Oxygen consumption rate and proteomics experiments in tankyrase1/2 double knockout HepG2 cells then uncovered PARylation as master regulator of aerobic-dependent cell respiration. Furthermore, novel tankyrase1/2-dependent PARylation targets, including mitochondrial DLST, and OGDH, were revealed. This work exposed a new mechanistic framework by linking PARylation to respiration and metabolism, thereby broadening the current understanding that underlies these vital processes. XAV-939 poses an immediate and straightforward strategy to improve aerobic activities, and metabolism, in (immature) cell cultures.

Pathogenic variants in ADA2 underlie human deficiency of adenosine deaminase 2 (DADA2) and lead to impaired ADA2 protein secretion and reduced deaminase activity. Yet, the mechanisms driving the disease on a cellular level are poorly understood. Here, we report that in vitro differentiation of macrophages from DADA2 CD14+ monocytes partially restores protein expression of mutant ADA2 protein. Healthy control macrophages express a high-molecular-weight (HMW) secreted form of ADA2 and a hypoglycosylated low-molecular-weight (LMW) intracellular protein. LMW-ADA2 is absent in DADA2 macrophages, suggesting differential glycosylation of mutant ADA2. In HEK293T cells transfected with pathogenic ADA2 variants, HMW-ADA2 accumulates intracellularly. Interactome analysis of the pathogenic variant p.R169Q revealed increased binding to proteins of the protein folding machinery compared with wild-type ADA2. Pathogenic ADA2 variants form intracellular protein aggregates and show increased degradation upon inhibition of the secretory pathway. In conclusion, we show aberrant N-glycosylation of ADA2 expressed in DADA2 macrophages for the first time and establish the absence of LMW-ADA2 as a characteristic of these ADA2-deficient cells.