Abstract To better understand seed germination, a complex developmental process, we developed a proteome analysis of the model plant Arabidopsis for which complete genome sequence is now available. Among about 1,300 total seed proteins resolved in two-dimensional gels, changes in the abundance (up- and down-regulation) of 74 proteins were observed during germination sensu stricto (i.e. prior to radicle emergence) and the radicle protrusion step. This approach was also used to analyze protein changes occurring during industrial seed pretreatments such as priming that accelerate seed germination and improve seedling uniformity. Several proteins were identified by matrix-assisted laser-desorption ionization time of flight mass spectrometry. Some of them had previously been shown to play a role during germination and/or priming in several plant species, a finding that underlines the usefulness of using Arabidopsis as a model system for molecular analysis of seed quality. Furthermore, the present study, carried out at the protein level, validates previous results obtained at the level of gene expression (e.g. from quantitation of differentially expressed mRNAs or analyses of promoter/reporter constructs). Finally, this approach revealed new proteins associated with the different phases of seed germination and priming. Some of them are involved either in the imbibition process of the seeds (such as an actin isoform or a WD-40 repeat protein) or in the seed dehydration process (e.g. cytosolic glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase). These facts highlight the power of proteomics to unravel specific features of complex developmental processes such as germination and to detect protein markers that can be used to characterize seed vigor of commercial seed lots and to develop and monitor priming treatments.

Formation of mixed disulfides between glutathione and the cysteines of some proteins (glutathionylation) has been suggested as a mechanism through which protein functions can be regulated by the redox status. The aim of this study was to identify the proteins of T cell blasts that undergo glutathionylation under oxidative stress. To this purpose, we radiolabeled cellular glutathione with 35 S, exposed T cells to oxidants (diamide or hydrogen peroxide), and performed nonreducing, two-dimensional electrophoresis followed by detection of labeled proteins by phosphorimaging and their identification by mass spectrometry techniques. We detected several proteins previously not recognized to be glutathionylated, including cytoskeletal proteins (vimentin, myosin, tropomyosin, cofilin, profilin, and the already known actin), enzymes (enolase, aldolase, 6-phosphogluconolactonase, adenylate kinase, ubiquitin-conjugating enzyme, phosphoglycerate kinase, triosephosphate isomerase, and pyrophosphatase), redox enzymes (peroxiredoxin 1, protein disulfide isomerase, and cytochrome c oxidase), cyclophilin, stress proteins (HSP70 and HSP60), nucleophosmin, transgelin, galectin, and fatty acid binding protein. Based on the presence of several protein isoforms in control cells, we suggest that enolase and cyclophilin are heavily glutathionylated under basal conditions. We studied the effect of glutathionylation on some of the enzymes identified in the present study and found that some of them (enolase and 6-phosphogluconolactonase) are inhibited by glutathionylation, whereas the enzymatic activity of cyclophilin (peptidylprolyl isomerase) is not. These findings suggest that protein glutathionylation might be a common mechanism for the global regulation of protein functions.

Abstract Currently circulating SARS-CoV-2 variants have gained complete or significant resistance to all SARS-CoV-2-neutralizing antibodies that have been used in the clinic. Such antibodies can prevent severe disease in SARS-CoV-2 exposed patients for whom vaccines may not provide optimal protection. Here, we describe single-domain antibodies (VHHs), also known as nanobodies, that can broadly neutralize SARS-CoV-2 with unusually high potency. Structural analysis revealed their binding to a unique, highly conserved, membrane proximal, quaternary epitope in the S2 subunit of the spike. Furthermore, a VHH-human IgG1 Fc fusion, efficiently expressed in Chinese hamster ovary cells as a stable antibody construct, protected hamsters against SARS-CoV-2 replication in a therapeutic setting when administered systemically at low dose. This VHH-based antibody represents a new candidate anti-COVID-19 biologic that targets the Achilles heel of the viral spike.

Abstract Monoclonal antibodies are the leading drug of the biopharmaceutical market because of their high specificity and tolerability, but the current CHO-based manufacturing platform remains expensive and time-consuming leading to limited accessibility, especially in the case of diseases with high incidence and pandemics. Therefore, there is an urgent need for an alternative production system. In this study, we present a rapid and cost-effective microbial platform for heavy chain-only antibodies (VHH-Fc) in the methylotrophic yeast Komagataella phaffii (aka Pichia pastoris ). We demonstrate the potential of this platform using a simplified single-gene VHH-Fc fusion construct instead of the conventional monoclonal antibody format, as this is more easily expressed in Pichia pastoris . We demonstrate that the Pichia -produced VHH-Fc fusion construct is stable and that a Pichia -produced VHH-Fc directed against the SARS-CoV-2 spike has potent SARS-CoV-2 neutralizing activity in vitro and in vivo . We expect that this platform will pave the way towards faster and cheaper development and production of broadly neutralizing single-chain antibodies in yeast.

ABSTRACT Listeria monocytogenes is a foodborne intracellular bacterial pathogen leading to human listeriosis. Despite a high mortality rate and increasing antibiotic resistance no clinically approved vaccine against Listeria is available. Attenuated Listeria strains offer protection and are tested as antitumor vaccine vectors, but would benefit from a better knowledge on immunodominant vector antigens. To identify novel antigens, we screened for Listeria epitopes presented on the surface of infected human cell lines by mass spectrometry-based immunopeptidomics. In between more than 15,000 human self-peptides, we detected 68 Listeria epitopes from 42 different bacterial proteins, including several known antigens. Peptide epitopes presented on different cell lines were often derived from the same bacterial surface proteins, classifying these antigens as potential vaccine candidates. Encoding these highly presented antigens in lipid nanoparticle mRNA vaccine formulations resulted in specific CD8+ T-cell responses and high levels of protection in vaccination challenge experiments in mice. Our results pave the way for the development of a clinical mRNA vaccine against Listeria and aid to improve attenuated Listeria vaccines and vectors, demonstrating the power of immunopeptidomics for next-generation bacterial vaccine development.

Abstract Ribosome profiling has revealed translation outside of canonical coding sequences (CDSs) including translation of short upstream ORFs, long non-coding RNAs, overlapping ORFs, ORFs in UTRs or ORFs in alternative reading frames. Studies combining mass spectrometry, ribosome profiling and CRISPR-based screens showed that hundreds of ORFs derived from non-coding transcripts produce (micro)proteins, while other studies failed to find evidence for such types of non-canonical translation products. Here, we attempted to discover translation products from non-coding regions by strongly reducing the complexity of the sample prior to mass spectrometric analysis. We used an extended database as the search space and applied stringent filtering of the identified peptides to find evidence for novel translation events. Theoretically, we show that our strategy facilitates the detection of translation events of transcripts from non-coding regions, but experimentally only find 19 peptides (less than 1% of all identified peptides) that might originate from such translation events. Virotrap based interactome analysis of two N-terminal proteoforms originating from non-coding regions finally showed the functional potential of these novel proteins.

ABSTRACT With current trends in proteomics, especially regarding clinical and low input (to single cell) samples, it is increasingly important to both maximize the throughput of the analysis and maintain as much sensitivity as possible. The new generation of mass spectrometers (MS) are taking a huge leap in sensitivity, allowing to analyze samples with shorter liquid chromatography (LC) methods while digging as deep in the proteome. However, the throughput can be doubled by implementing a dual column nano-LC-MS configuration. For this purpose, we used a dual-column setup with a two-outlet electrospray source, and compared it to a classic dual-column setup with a single-outlet source.

Listeria monocytogenes is a foodborne intracellular bacterial model pathogen. Protective immunity against Listeria depends on an effective CD8