Do young and old protein molecules have the same probability to be degraded? We addressed this question using metabolic pulse-chase labeling and quantitative mass spectrometry to obtain degradation profiles for thousands of proteins. We find that >10% of proteins are degraded non-exponentially. Specifically, proteins are less stable in the first few hours of their life and stabilize with age. Degradation profiles are conserved and similar in two cell types. Many non-exponentially degraded (NED) proteins are subunits of complexes that are produced in super-stoichiometric amounts relative to their exponentially degraded (ED) counterparts. Within complexes, NED proteins have larger interaction interfaces and assemble earlier than ED subunits. Amplifying genes encoding NED proteins increases their initial degradation. Consistently, decay profiles can predict protein level attenuation in aneuploid cells. Together, our data show that non-exponential degradation is common, conserved, and has important consequences for complex formation and regulation of protein abundance.

SUMMARY It is not known whether hematopoietic stem cells (HSCs) undergo symmetric or asymmetric cell divisions in the unperturbed bone marrow. Here, we integrate data from HSC fate mapping and cell-cycle-dependent labeling through mathematical inference and thus gain insight into how HSCs coordinate self-renewal with differentiation. We find that most HSC divisions in adult mice are symmetric self-renewing, replacing HSCs lost by direct differentiation and death, and slowly expanding the HSC population. This expansion maintains constant HSC output to multipotent progenitors (MPPs), despite declining HSC differentiation rate with age. We identify a linear hierarchy of differentiation states between tip HSCs and MPPs, where Tie2 -driven HSC fate mapping fully covers the progression of the differentiating cells. A turning point from self-renewal to accelerated cell differentiation occurs between early-stage and late-stage MPPs, just before lineage differentiation becomes manifest in single-cell transcriptomes. This stem cell hierarchy precedes lineage differentiation and may limit mutation accumulation in the hematopoietic system.

Abstract With the relatively serious global epidemic outbreak of SARS-CoV-2 infection, public concerns focus on not only clinical therapeutic measures and public quarantine for this disease but also the development of vaccines. The technical design of our SARS-CoV-2 inactivated vaccine provides a viral antigen that enables the exposure of more than one structural protein based upon the antibody composition of COVID-19 patients’ convalescent serum. This design led to valid immunity with increasing neutralizing antibody titers and a CTL response detected post-immunization of this vaccine by two injections in rhesus macaques. Further, this elicited immunoprotection in macaques enables not only to restrain completely viral replication in tissues of immunized animals, compared to the adjuvant control and those immunized by an RBD peptide vaccine, but also to significantly alleviate inflammatory lesion in lung tissues in histo-pathologic detection, compared to the adjuvant control with developed interstitial pneumonia. The data obtained from these macaques immunized with the inactivated vaccine or RBD peptide vaccine suggest that immunity with a clinically protective effect against SARS-CoV-2 infection should include not only specific neutralizing antibodies but also specific CTL responses against at least the S and N antigens.

Abstract Advances in next-generation sequencing methods and the development of new statistical and computational methods have opened up possibilities made for large-scale, high quality genotyping in most organisms. Conifer genomes are large and are known to contain a high fraction of repetitive elements and this complex genome structure has bearings for approaches that aim to use next-generation sequencing methods for genotyping. In this chapter we provide a detailed description of a workflow for variant calling using next-generation sequencing in Norway spruce ( Picea abies ). The workflow that starts with raw sequencing reads and proceeds through read mapping to variant calling and variant filtering. We illustrate the pipeline using data derived from both whole-genome resequencing data and reduced-representation sequencing. We highlight possible problems and pitfalls of using next-generation sequencing data for genotyping stemming from the complex genome structure of conifers and how those issues can be mitigated or eliminated.

ABSTRACT Triple-negative breast cancer (TNBC) represents the most aggressive breast cancer subtype, which recently attracts great interest for immune therapeutic development. In this context, in-depth understanding of TNBC immune landscape is highly demanded. Here we report single-cell RNA sequencing results of 9683 tumor-infiltrated immune cells isolated from 14 treatment naïve TNBC tumors, where 22 immune cell subsets, including T cells, macrophages, B cells, and DCs have been characterized. We identify a new T cell subset, CD8 + CXCL8 + naïve T cell, which associates with poor survival. A novel immune cell subset comprised of TCR + macrophages, is found to be widely distributed in TNBC tumors. Further analyses reveal an up-regulation of molecules associated with TCR signaling and cytotoxicity in these immune cells, indicating TCR signaling activation. Altogether, our study provides a valuable resource to understand the immune ecosystem of TNBC. The novel immune cell subsets reported herein might be functionally important in cancer immunity. SIGNIFICANCE This work demonstrates a single-cell transcriptome atlas of immune cells in treatment naïve TNBC tumors, revealing novel immune cell subsets. This study provides a valuable resource to understand the immune ecosystem of TNBC, which will be helpful for the immunotherapeutic strategy design of TNBC.

The first evidence for the Higgs boson decay to a Z boson and a photon is presented, with a statistical significance of 3.4 standard deviations. The result is derived from a combined analysis of the searches performed by the ATLAS and CMS Collaborations with proton-proton collision datasets collected at the CERN Large Hadron Collider (LHC) from 2015 to 2018. These correspond to integrated luminosities of around 140 fb^{-1} for each experiment, at a center-of-mass energy of 13 TeV. The measured signal yield is 2.2±0.7 times the standard model prediction, and agrees with the theoretical expectation within 1.9 standard deviations.

Abstract African antelope diversity is a globally unique vestige of a much richer world-wide Pleistocene megafauna. Despite this, the evolutionary processes leading to the prolific radiation of African antelopes are not well understood. Here, we sequenced 145 whole genomes from both subspecies of the waterbuck, an African antelope believed to be in the process of speciation. We investigated genetic structure and population divergence and found evidence of a mid-Pleistocene separation on either side of the eastern Great Rift Valley, consistent with vicariance caused by a rain shadow along the so-called ‘Kingdon’s Line’. However, we also found pervasive evidence of not only isolated and recent, but also widespread historical gene flow across the Rift Valley barrier. By inferring the genome-wide landscape of variation among subspecies, we found 14 genomic regions of elevated differentiation, including a locus that may be related to each subspecies’ distinctive coat pigmentation pattern. We investigated these regions as candidate speciation islands. However, we observed no significant reduction in gene flow in these regions, nor any indications of selection against hybrids. Altogether, these results suggest a pattern whereby climatically driven vicariance is the most important process driving the African antelope radiation, and suggest that reproductive isolation may not set in until very late in the divergence process.

Summary Immunological protection of transplanted stem cell-derived islet (SC-islet) cells is yet to be achieved without chronic immunosuppression or encapsulation. Existing genetic engineering approaches to produce hypoimmunogenic SC-islet cells have so far shown variable results. Here, we show that targeting the human leukocyte antigens (HLAs) and PD-L1 alone do not sufficiently protect SC-islet cells from xeno- or allo-rejection. As an addition to these approaches, we genetically engineered SC-islet cells to secrete the cytokines IL-10, TGF-β and modified IL-2 such that they promote a tolerogenic local microenvironment by activating and expanding regulatory T cells (T regs ). These cytokine-secreting human SC-islet cells prevented xeno-rejection for up to 9 weeks post-transplantation in B6/albino mice. Thus, hESCs engineered to induce a tolerogenic local microenvironment may represent a source of replacement SC-islet cells that do not require encapsulation or immunosuppression for diabetes cell replacement therapy.

Abstract The glucagon-like peptide-1 (GLP-1) receptor is a validated drug target for metabolic disorders. Ago-allosteric modulators are capable of acting both as agonists on their own and as efficacy enhancers of orthosteric ligands. However, the molecular details of ago-allosterism remain elusive. Here, we report three cryo-electron microscopy structures of GLP-1R bound to (i) compound 2 (an ago-allosteric modulator); (ii) compound 2 and GLP-1; and (iii) compound 2 and LY3502970 (a small molecule agonist), all in complex with heterotrimeric G s . The structures reveal that compound 2 is covalently bonded to C347 at the cytoplasmic end of TM6 and triggers its outward movement in cooperation with the ECD whose N terminus penetrates into the GLP-1 binding site. This allows compound 2 to execute positive allosteric modulation through enhancement of both agonist binding and G protein coupling. Our findings offer the structural basis of ago-allosterism at GLP-1R and new knowledge to design better therapeutics.

Abstract Genetic variation of alpha-1 antitrypsin (AAT) is responsible for alpha-1-antitrypsin deficiency (AATD) leading to gain-of-toxic aggregation in the liver and loss-of-function on n eutrophil e lastase (NE) inhibitory activity in the lung contributing to c hronic o bstructive p ulmonary d isease (COPD) during aging. To probe the molecular basis for how biology designs the protein fold to achieve balance between sequence, function and structure contributing to AATD in the population, we measured the intracellular monomer and polymer, secreted monomer and polymer and NE inhibitory activity of 75 alpha-1-antitrypsin (AAT) variants. To address the complex folding dynamics affecting the form and function of the protein fold that is differentially impacted by variants in the population, we applied a G aussian p rocess r egression (GPR) based machine learning approach termed v ariation s patial p rofiling (VSP). By using a sparse collection of extant variants to link genotype to phenotype, VSP maps s patial c o v ariance (SCV) relationships that quantitate the functional value of every residue in the wild-type (WT) AAT sequence with defined uncertainty in the context of its protein fold design. The SCV-based uncertainty allows us to pinpoint critical short- and long-range residue interactions involving 3 regions-the N-terminal (N1), middle (M2) and carboxyl-terminal (C3) of AAT polypeptide sequence that differentially contribute to the balance between function and misfolding of AAT, thus providing an unanticipated platform for precision therapeutic development for liver and lung disease. By understanding mechanistically the complex fold design of the metastable WT AAT fold, we posit that GPR-based SCV provides a foundation for understanding the evolutionary design of the fold from the ensemble of structures found in the population driving biology for precision management of AATD in the individual.