Specialized secretion systems are used by numerous bacterial pathogens to export virulence factors into host target cells. Leishmania and other eukaryotic intracellular pathogens also deliver effector proteins into host cells; however, the mechanisms involved have remained elusive. In this report, we identify exosome-based secretion as a general mechanism for protein secretion by Leishmania, and show that exosomes are involved in the delivery of proteins into host target cells. Comparative quantitative proteomics unambiguously identified 329 proteins in Leishmania exosomes, accounting for >52% of global protein secretion from these organisms. Our findings demonstrate that infection-like stressors (37°C ± pH 5.5) upregulated exosome release more than twofold and also modified exosome protein composition. Leishmania exosomes and exosomal proteins were detected in the cytosolic compartment of infected macrophages and incubation of macrophages with exosomes selectively induced secretion of IL-8, but not TNF-α. We thus provide evidence for an apparently broad-based mechanism of protein export by Leishmania. Moreover, we describe a mechanism for the direct delivery of Leishmania molecules into macrophages. These findings suggest that, like mammalian exosomes, Leishmania exosomes function in long-range communication and immune modulation.

The cardinal pathological features of Alzheimer disease are depositions of aggregated amyloid beta protein (A beta) in the brain and cerebrovasculature. However, the A beta is found in a soluble form in cerebrospinal fluid in healthy individuals and patients with Alzheimer disease. We postulate that sequestration of A beta precludes amyloid formation. Failure to sequester A beta in Alzheimer disease may result in amyloidosis. When we added A beta to cerebrospinal fluid of patients and controls it was rapidly sequestered into stable complexes with transthyretin. Complexes with apolipoprotein E, which has been shown to bind A beta in vitro, were not observed in cerebrospinal fluid. Additional in vitro studies showed that both purified transthyretin and apolipoprotein E prevent amyloid formation.

Significance Amyotrophic lateral sclerosis (ALS), an incurable motor neuron disease, is associated with mutation and misfolding of the Cu/Zn superoxide dismutase (SOD1) protein. Prior studies found that mutant misfolded SOD1 can convert wild-type (WT) SOD1 to a misfolded form inside living cells in a prion-like fashion. We now report that misfolded WT SOD1 can be transmitted from cell to cell, and that propagated protein misfolding can be perpetuated. Misfolded SOD1 transmission between cells can be mediated through release and uptake of protein aggregates or via small membrane-bounded transport vesicles called exosomes. These mechanisms may help explain why sporadic ALS, without a known genetic cause, can spread systematically from region to region in a progressive manner.

We investigated the properties of leishmania exosomes with respect to influencing innate and adaptive immune responses. Exosomes from Leishmania donovani modulated human monocyte cytokine responses to IFN-γ in a bimodal fashion by promoting IL-10 production and inhibiting that of TNF-α. Moreover, these vesicles were inhibitory with respect to cytokine responses (IL-12p70, TNF-α, and IL-10) by human monocyte-derived dendritic cells. Exosomes from wild-type (WT) L. donovani failed to prime monocyte-derived dendritic cells to drive the differentiation of naive CD4 T cells into IFN-γ-producing Th1 cells. In contrast, vesicles from heat shock protein (HSP)100(-/-) L. donovani showed a gain-of-function and proinflammatory phenotype and promoted the differentiation of naive CD4 lymphocytes into Th1 cells. Proteomic analysis showed that exosomes from WT and HSP100(-/-) leishmania had distinct protein cargo, suggesting that packaging of proteins into exosomes is dependent in part on HSP100. Treatment of C57BL/6 mice with WT L. donovani exosomes prior to challenge with WT organisms exacerbated infection and promoted IL-10 production in the spleen. In contrast, HSP100(-/-) exosomes promoted spleen cell production of IFN-γ and did not adversely affect hepatic parasite burdens. Furthermore, the proparasitic properties of WT exosomes were not species specific because BALB/c mice exposed to Leishmania major exosomes showed increased Th2 polarization and exacerbation of disease in response to infection with L. major. These findings demonstrate that leishmania exosomes are predominantly immunosuppressive. Moreover, to our knowledge, this is the first evidence to suggest that changes in the protein cargo of exosomes may influence the impact of these vesicles on myeloid cell function.

Abstract Background Leishmania and other intracellular pathogens have evolved strategies that support invasion and persistence within host target cells. In some cases the underlying mechanisms involve the export of virulence factors into the host cell cytosol. Previous work from our laboratory identified one such candidate leishmania effector, namely elongation factor-1α, to be present in conditioned medium of infectious leishmania as well as within macrophage cytosol after infection. To investigate secretion of potential effectors more broadly, we used quantitative mass spectrometry to analyze the protein content of conditioned medium collected from cultures of stationary-phase promastigotes of Leishmania donovani , an agent of visceral leishmaniasis. Results Analysis of leishmania conditioned medium resulted in the identification of 151 proteins apparently secreted by L. donovani . Ratios reflecting the relative amounts of each leishmania protein secreted, as compared to that remaining cell associated, revealed a hierarchy of protein secretion, with some proteins secreted to a greater extent than others. Comparison with an in silico approach defining proteins potentially exported along the classic eukaryotic secretion pathway suggested that few leishmania proteins are targeted for export using a classic eukaryotic amino-terminal secretion signal peptide. Unexpectedly, a large majority of known eukaryotic exosomal proteins was detected in leishmania conditioned medium, suggesting a vesicle-based secretion system. Conclusion This analysis shows that protein secretion by L. donovani is a heterogeneous process that is unlikely to be determined by a classical amino-terminal secretion signal. As an alternative, L. donovani appears to use multiple nonclassical secretion pathways, including the release of exosome-like microvesicles.

Global containment of COVID-19 still requires accessible and affordable vaccines for low- and middle-income countries (LMICs).

Abstract Vaccines against SARS-CoV-2 have been distributed at massive scale in developed countries, and have been effective at preventing COVID-19. Access to vaccines is limited, however, in low- and middle-income countries (LMICs) due to insufficient supply, high costs, and cold storage requirements. New vaccines that can be produced in existing manufacturing facilities in LMICs, can be manufactured at low cost, and use widely available, proven, safe adjuvants like alum, would improve global immunity against SARS-CoV-2. One such protein subunit vaccine is produced by the Serum Institute of India Pvt. Ltd. and is currently in clinical testing. Two protein components, the SARS-CoV-2 receptor binding domain (RBD) and hepatitis B surface antigen virus-like particles (VLPs), are each produced in yeast, which would enable a low-cost, high-volume manufacturing process. Here, we describe the design and preclinical testing of the RBD-VLP vaccine in cynomolgus macaques. We observed titers of neutralizing antibodies (>10 4 ) above the range of protection for other licensed vaccines in non-human primates. Interestingly, addition of a second adjuvant (CpG1018) appeared to improve the cellular response while reducing the humoral response. We challenged animals with SARS-CoV-2, and observed a ~3.4 and ~2.9 log 10 reduction in median viral loads in bronchoalveolar lavage and nasal mucosa, respectively, compared to sham controls. These results inform the design and formulation of current clinical COVID-19 vaccine candidates like the one described here, and future designs of RBD-based vaccines against variants of SARS-CoV-2 or other betacoronaviruses.