cGAS (cyclic GMP-AMP synthase) is an enzyme in human cells that controls an immune response to cytosolic DNA. Upon binding DNA, cGAS synthesizes a nucleotide signal 2'3'-cGAMP that activates the protein STING and downstream immunity. Here we discover cGAS-like receptors (cGLRs) constitute a major family of pattern recognition receptors in animal innate immunity. Building on recent analysis in Drosophila , we use a bioinformatic approach to identify >3,000 cGLRs present in nearly all metazoan phyla. A forward biochemical screen of 140 animal cGLRs reveals a conserved mechanism of signaling including response to dsDNA and dsRNA ligands and synthesis of alternative nucleotide signals including isomers of cGAMP and cUMP-AMP. Using structural biology, we explain how synthesis of distinct nucleotide signals enables cells to control discrete cGLR-STING signaling pathways. Together our results reveal cGLRs as a widespread family of pattern recognition receptors and establish molecular rules that govern nucleotide signaling in animal immunity.

Abstract This new method has the capacity to dynamically analyse the metabolome of interest in diverse biological matrixes by offering coverage of rat urine, plasma, liver, brain, intestine, stomach, heart, spleen, lung, faeces, fresh plant tissues, cells and microbes. In addition, this new method enables specific and efficient analysis of microdontia metabolomes, non-microdontia and whole cell metabolomes, as well as can engage in absolute determination of 84 key clinical-wide metabolites in different biological matrixes, to enable the complementary support of clinical diagnosis and classification of diseases. To demonstrate the applicable capacity of this new method, multiple-matrixes differential metabolomes were firstly characterized using this new method to coordinate metabolic modifications underlie hepatitis induced by carbon tetrachloride (CCL 4 ) in rats, such finding provides novel insight into the pathogenesis and therapeutics of hepatitis in clinic. Altogether, we are fully confident that this new metabolomics method will be widely welcomed by scientists in different niches to solve their key questions accordingly.

Abstract The oxytocin receptor (OXTR) is concentrated in specific brain regions, exemplified by hippocampal subregion CA2, that support social information processing. Oxytocinergic modulation of CA2 directly affects social behavior, yet how oxytocin regulates activity in CA2 remains incompletely understood. We found that OXTR stimulation acts via closure of M-current potassium channels in all OXT-sensitive CA2 neurons. M-current inhibition was persistent in CA2 pyramidal cells, whose prolonged burst firing required functional coupling of the OXTR to both Gαq and Gαi proteins. Other neuromodulators acted via distinct patterns of G-protein signaling to induce CA2 pyramidal neuron burst firing, underscoring its likely importance. CA2 burst firing impacted hippocampal subregion CA1 where stratum oriens -resident CA1 interneurons were targeted more strongly than CA1 pyramidal cells. Oxytocinergic modulation of interneurons, via CA2 pyramidal cell input and directly, triggered a long-lasting enhancement of CA3-CA1 transmission. Thus, transient activation of oxytocinergic inputs may initiate long-lasting recording of social information.

Abstract Oxytocin is a neuropeptide critical for maternal physiology and social behavior, and is thought to be dysregulated in several neuropsychiatric disorders. Despite the biological and neurocognitive importance of oxytocin signaling, methods are lacking to activate oxytocin receptors with high spatiotemporal precision in the brain and peripheral mammalian tissues. Here we developed and validated caged analogs of oxytocin which are functionally inert until cage release is triggered by ultraviolet light. We examined how focal versus global oxytocin application affected oxytocin-driven Ca 2+ wave propagation in mouse mammary tissue. We also validated the application of caged oxytocin in the hippocampus and auditory cortex with electrophysiological recordings in vitro , and demonstrated that oxytocin uncaging can accelerate the onset of mouse maternal behavior in vivo . Together, these results demonstrate that optopharmacological control of caged peptides is a robust tool with spatiotemporal precision for modulating neuropeptide signaling throughout the brain and body.

Abstract Clonal hematopoiesis (CH) is considered an important risk factor for all-cause mortality and the development of multiple chronic diseases including hematological neoplasms, cardiovascular diseases, and potentially a range of autoimmune or immune-deficiency diseases. Mutations in TET2 are one of the first identified, most important, and prevalent genetic drivers of CH. However, cooperative factors and mechanisms underlying TET2 -deficiency related CH (TedCH) remain largely unknown. Recently, it has been suggested that certain diseases occurred before TedCH and promote TedCH trajectory on the contrary, indicating that diseases in non-hematopoietic organs may act as environmental non-genetic drivers of CH. To clarify the relationships between immune-dysfunctional diseases and CH, here we tested the impact of various challenges on TedCH. We found that expedited TedCH depended on establishment of an inflammatory environment. Primary or chimeric Tet2 -mutant mice spontaneously developed co-symptoms reminiscent of human chronic colitis and myeloid leukemia, which was exacerbated by feeding with DSS, an experimental inducer of ulcerative colitis. Single cell RNA-seq (scRNA-seq) analysis reveals in depth the damage of colon in the Tet2 -mutant mice in physiological conditions or fed with DSS, along with increase of dysbacteriosis indicated by gut microbiome analysis. Results from colon scRNA-seq from both mouse and human highlight the important roles of PTX3/IL-1β pro-inflammatory signaling in promoting colitis or leukemia. Finally, TedCH trajectory and inflammation in colon and bone marrow were ameliorated by treatment of IL-1R1 inhibitor Anakinra. Our study suggests that PTX3/IL-1β signaling and clonal hematopoiesis cooperate and play important roles in gut-bone marrow axis and related diseases including colitis and leukemia. Highlights Certain environmental factors, such as Dextran Sulfate Sodium (DSS), an experimental inducer of ulcerative colitis, promote TedCH Colitis and leukemia are spontaneously and simultaneously developed in Tet2 -defficient primary or chimeric mice, along with increased pathogenic gut microbiomes, indicating an aberrant gut-bone marrow axis in the mutant mice. Single cell RNA-seq analysis reveals enhanced PTX3, a soluble pattern recognition molecule and IL-1β pro-inflammatory signaling in colitis and leukemia. The In vivo function of the PTX3/IL-1β pro-inflammatory signaling in TedCH is indicated in human colitis and validated in experimental settings.

Antibiotics can induce mutations that cause antibiotic resistance. Yet, despite their importance, mechanisms of antibiotic-promoted mutagenesis remain elusive. We report that the fluoroquinolone antibiotic ciprofloxacin (cipro) induces mutations that cause drug resistance by triggering differentiation of a mutant-generating cell subpopulation, using reactive oxygen species (ROS) to signal the sigma-S (σS) general-stress response. Cipro-generated DNA breaks activate the SOS DNA-damage response and error-prone DNA polymerases in all cells. However, mutagenesis is restricted to a cell subpopulation in which electron transfer and SOS induce ROS, which activate the σS response, allowing mutagenesis during DNA-break repair. When sorted, this small σS-response-'on' subpopulation produces most antibiotic cross-resistant mutants. An FDA-approved drug prevents σS induction specifically inhibiting antibiotic-promoted mutagenesis. Furthermore, SOS-inhibited cell division, causing multi-chromosome cells, is required for mutagenesis. The data support a model in which within-cell chromosome cooperation together with development of a 'gambler' cell subpopulation promote resistance evolution without risking most cells.

Abstract Axon projection is a spatial and temporal-specific process in which the growth cone receives environmental signals guiding axons to their final destination. However, the mechanisms underlying changes in axonal projection direction without well-defined landmarks remain elusive. Here, we present evidence showcasing the dynamic nature of axonal projections in Drosophila ’s small ventral lateral clock neurons (s-LNvs). Our findings reveal that these axons undergo an initial vertical projection in the early larval stage, followed by a subsequent transition to a horizontal projection in the early-to-mid third instar larvae. The vertical projection of s-LNv axons correlates with mushroom body calyx expansion, while the s-LNv-expressed Down syndrome cell adhesion molecule (Dscam1) interacts with Netrins to regulate the horizontal projection. During a specific temporal window, locally newborn dorsal clock neurons (DNs) secrete Netrins, facilitating the transition of axonal projection direction in s-LNvs. Our study establishes a compelling in vivo model to probe the mechanisms of axonal projection direction switching in the absence of clear landmarks. These findings underscore the significance of dynamic local microenvironments in the complementary regulation of axonal projection direction transitions.

Although VPAC1 and its ligand vasoactive intestinal peptide (VIP) are important in gastrointestinal physiology, their involvements in progression of gastrointestinal tumor have not been explored. Here, we found that higher expression of VIP/VPAC1 was observed in gastric cancer compared to the adjacent normal tissues. The increased expression of VIP/VPAC1 in gastric cancer correlated positively with invasion, tumor stage, lymph node, distant metastases, and poor survival. Moreover, high expression of VIP and VPAC1, advanced tumor stage and distant metastasis were independent prognostic factors. VPAC1 activation by VIP markedly induced TRPV4-mediated Ca2+ entry, and eventually promoted gastric cancer progression in a Ca2+ signaling-dependent manner. Inhibition of VPAC1 and its signaling pathway could block the progressive responses. VPAC1/TRPV4/Ca2+ signaling in turn enhanced the expression and secretion of VIP in gastric cancer cells, enforcing a positive feedback regulation mechanism. Taken together, our study demonstrate that VPAC1 is significantly overexpressed in gastric cancer and VPAC1/TRPV4/Ca2+ signaling axis could enforce a positive feedback regulation in gastric cancer progression. VIP/VPAC1 may serve as potential prognostic markers and therapeutic targets for gastric cancer.

ABSTRACT Dynamic regulation of transcription is crucial for cellular response to various environmental or developmental cues. Gdown1 is a ubiquitously expressed, RNA polymerase II (Pol II) interacting protein, essential for embryonic development. It tightly binds Pol II in vitro and competitively blocks binding of TFIIF and other transcriptional regulatory factors, yet its cellular functions and regulatory circuits remain unclear. Here, we show that Gdown1 strictly localizes in the cytoplasm of mammalian somatic cells and exhibits potent resistance to the imposed driving force for nuclear localization. Combined with genetic and microscope-based approaches, two types of functionally coupled and evolutionally conserved localization regulatory motifs are identified, including the CRM1-dependent nucleus export signal (NES) and a novel Cytoplasm Anchoring Signal (CAS) which mediates nuclear pore retention. Mutagenesis of CAS alleviates the cytoplasmic retention activity thus unlocks its nucleocytoplasmic shuttling properties, and increased nuclear import of Gdown1 causes drastic reduction of Pol II levels and global transcription. Importantly, nuclear translocation of Gdown1 occurs in a stress-responsive manner and ablation of GDOWN1 significantly weakens cellular tolerance. Collectively, our work uncovers the molecular basis of the localization of Gdown1 and highlights that its controlled nuclear translocation serves as a key strategy in modulating global transcription and stress-adaptation.

Purpose: To improve clinical diagnosis and enhance therapeutic outcome, we figure out to identify and validate metabolite biomarkers from the plasma samples of patients with pancreatic cancer that can easily, sensitively and efficiently diagnose the onsite progression, and metastasis of the disease. Experimental Design: We employed the newly developed precision-targeted metabolomics method to validate that many differential metabolites have the capacity to markedly distinguish patients with pancreatic cancer from healthy controls. To further enhance the specificity and selectivity of metabolite biomarkers, a dozen tumor tissues from PC patients and paired normal tissues were used to clinically validate the biomarker performance. Results: We eventually verified five new metabolite biomarkers in plasma (creatine, inosine, beta-sitosterol, sphinganine and glycocholic acid), which can be used to readily diagnose pancreatic cancer in a clinical setting. Excitingly, we proposed a panel biomarker by integrating these five individual metabolites into one pattern, demonstrating much higher accuracy and specificity to precisely diagnose pancreatic cancer than conventional biomarkers (CA125, CA19-9, CA242 and CEA); Moreover, we characterized succinic acid and gluconic acid as having a great capability to monitor the progression and metastasis of pancreatic cancer at different stages. Conclusions: Taken together, this metabolomics method was used to identify and validate metabolite biomarkers that can precisely and sensitively diagnose the onsite progression and metastasis of pancreatic cancer in a clinical setting. Furthermore, such effort should leave clinicians with the correct time frame to facilitate early and efficiently therapeutic interventions, which could largely improve the five-year survival rate of PC patients.