Summary Most mitochondrial proteins are synthesized as precursors in the cytosol and post-translationally transported into mitochondria. The mitochondrial surface protein Tom70 acts at the interface of the cytosol and mitochondria. In vitro import experiments identified Tom70 as targeting receptor, particularly for hydrophobic carriers. Using in vivo methods and high content screens, we revisited the question of Tom70 function and considerably expanded the set of Tom70-dependent mitochondrial proteins. We demonstrate that the crucial activity of Tom70 is its ability to recruit cytosolic chaperones to the outer membrane. Indeed, tethering an unrelated chaperone-binding domain onto the mitochondrial surface complements most of the defects caused by Tom70 deletion. Tom70-mediated chaperone recruitment reduces the proteotoxicity of mitochondrial precursor proteins, in particular of hydrophobic inner membrane proteins. Thus, our work suggests that the predominant function of Tom70 is to tether cytosolic chaperones to the outer mitochondrial membrane, rather than to serve as a mitochondria-specifying targeting receptor.

Abstract Heat stress causes proteins to unfold and lose their function, jeopardizing essential cellular processes. To protect against heat and proteotoxic stress, cells mount a dedicated stress-protective programme, the so-called heat shock response (HSR). Our understanding of the mechanisms that regulate the HSR and their contributions to heat resistance and growth is incomplete. Here we employ CRISPRi/a to down- or upregulate protein kinases and transcription factors in S. cerevisiae . We measure gene functions by quantifying perturbation effects on HSR activity, thermotolerance, and cellular fitness at 23, 30 and 38°C. The integration of these phenotypes allowed us to identify core signalling pathways of heat adaptation and reveal novel functions for the high osmolarity glycerol, unfolded protein response and protein kinase A pathways in adjusting both thermotolerance and chaperone expression. We further provide evidence for unknown cross-talk of the HSR with the cell cycle-dependent kinase Cdc28, the primary regulator of cell cycle progression. Finally, we show that CRISPRi efficiency is temperature-dependent and that different phenotypes vary in their sensitivity to knock-down. In summary, our study quantifies regulatory gene functions in different aspects of heat adaptation and advances our understanding of how eukaryotic cells counteract proteotoxic and other heat-caused damage.

Abstract Across the tree of life, gene lengths vary, but most are no more than a few thousand base pairs in length. The largest protein often reported is the ∼40,000 aa eukaryotic Titin. Even larger proteins may occur in the rapidly expanding set of metagenome-derived sequences, but their existence may be obscured by assembly fragmentation. Here, we leverage genome curation to complete metagenome-derived sequences that encode predicted proteins of up to 85,804 aa. Overall, the findings illuminate a huge knowledge gap related to giant proteins. Although predicted proteins of >30,000 aa occur in bacterial phyla such as Firmicutes and Actinobacteria , they are most common in ca. Omnitrophota, ultra small bacteria that adopt predatory lifestyles. All full length giant genes encode numerous transmembrane regions and most encode divergent secA DEAD helicase domains. In silico structural prediction of protein subregions was required to identify domains in unannotated protein segments, and revealed putative domains implicated in attachment and carbohydrate degradation. Many giant genes in new complete and near-complete Omnitrophota genomes occur in close proximity to genes homologous to type II secretion systems as well as carbohydrate import systems. This, in combination with the domain content, suggests that many bacterial giant proteins enable prey adhesion and cell wall digestion during bacterial predation.

Abstract Objectives To report lessons from integrating the methods and perspectives of clinical informatics (CI) and implementation science (IS) in the context of Improving the Management of symPtoms during and following Cancer Treatment (IMPACT) Consortium pragmatic trials. Materials and Methods IMPACT informaticists, trialists, and implementation scientists met to identify challenges and solutions by examining robust case examples from 3 Research Centers that are deploying systematic symptom assessment and management interventions via electronic health records (EHRs). Investigators discussed data collection and CI challenges, implementation strategies, and lessons learned. Results CI implementation strategies and EHRs systems were utilized to collect and act upon symptoms and impairments in functioning via electronic patient-reported outcomes (ePRO) captured in ambulatory oncology settings. Limited EHR functionality and data collection capabilities constrained the ability to address IS questions. Collecting ePRO data required significant planning and organizational champions adept at navigating ambiguity. Discussion Bringing together CI and IS perspectives offers critical opportunities for monitoring and managing cancer symptoms via ePROs. Discussions between CI and IS researchers identified and addressed gaps between applied informatics implementation and theory-based IS trial and evaluation methods. The use of common terminology may foster shared mental models between CI and IS communities to enhance EHR design to more effectively facilitate ePRO implementation and clinical responses. Conclusion Implementation of ePROs in ambulatory oncology clinics benefits from common understanding of the concepts, lexicon, and incentives between CI implementers and IS researchers to facilitate and measure the results of implementation efforts.

As part of the IMPACT Consortium of three effectiveness-implementation trials, the NU IMPACT trial was designed to evaluate implementation and effectiveness outcomes for an electronic health record (EHR)-embedded symptom monitoring and management program for outpatient cancer care. NU IMPACT uses a unique stepped-wedge cluster randomized design, involving six clusters of 26 clinics, for evaluation of implementation outcomes with an embedded patient-level randomized trial to evaluate effectiveness outcomes. Collaborative, consortium-wide efforts to ensure use of the most robust and recent analytic methodologies for stepped-wedge trials motivated updates to the statistical analysis plan for implementation outcomes in the NU IMPACT trial.

Abstract Introduction Implementation science (IS) offers methods to systematically achieve the Ending the HIV Epidemic goals in the United States, as well as the global UNAIDS targets. Federal funders such as the National Institutes of Mental Health (NIMH) have invested in implementation research to achieve these goals, including supporting the AIDS Research Centres (ARCs), which focus on high‐impact science in HIV and mental health (MH). To facilitate capacity building for the HIV/MH research workforce in IS, “grey areas,” or areas of IS that are confusing, particularly for new investigators, should be addressed in the context of HIV/MH research. Discussion A group of IS experts affiliated with NIMH‐funded ARCs convened to identify common and challenging grey areas. The group generated a preliminary list of 19 grey areas in HIV/MH‐related IS. From the list, the authors developed a survey which was distributed to all ARCs to prioritize grey areas to address in this paper. ARC members across the United States ( N = 60) identified priority grey areas requiring clarification. This commentary discusses topics with 40% or more endorsement. The top grey areas that ARC members identified were: (1) Differentiating implementation strategies from interventions; (2) Determining when an intervention has sufficient evidence for adaptation; (3) Integrating recipient perspectives into HIV/MH implementation research; (4) Evaluating whether an implementation strategy is evidence‐based; (5) Identifying rigorous approaches for evaluating the impact of implementation strategies in the absence of a control group or randomization; and (6) Addressing innovation in HIV/MH IS grants. The commentary addresses each grey area by drawing from the existing literature (when available), providing expert guidance on addressing each in the context of HIV/MH research, and providing domestic and global HIV and HIV/MH case examples that address these grey areas. Conclusions HIV/MH IS is key to achieving domestic and international goals for ending HIV transmission and mitigating its impact. Guidance offered in this paper can help to overcome challenges to rigorous and high‐impact HIV/MH implementation research.

Genome editing technologies have the potential to transform our understanding of how genetic variation gives rise to complex traits through the systematic engineering and phenotypic characterization of genetic variants. However, there has yet to be a system with sufficient efficiency, fidelity, and throughput to comprehensively identify causal variants at the genome scale. Here we explored the ability of templated CRISPR editing systems to install natural variants genome-wide in budding yeast. We optimized several approaches to enhance homology-directed repair (HDR) with donor DNA templates, including donor recruitment to target sites, single-stranded donor production by bacterial retrons, and in vivo plasmid assembly. We uncovered unique advantages of each system that we integrated into a single superior system named MAGESTIC 3.0. We used MAGESTIC 3.0 to dissect causal variants residing in 112 quantitative trait loci across 32 environmental conditions, revealing an enrichment for missense variants and loci with multiple causal variants. MAGESTIC 3.0 will facilitate the functional analysis of the genome at single-nucleotide resolution and provides a roadmap for improving template-based genome editing systems in other organisms.

Although single genes underlying several evolutionary adaptations have been identified, the genetic basis of complex, polygenic adaptations has been far more challenging to pinpoint. Here we report that the budding yeast Saccharomyces paradoxus has recently evolved resistance to citrinin, a naturally occurring mycotoxin. Applying a genome-wide test for selection on cis-regulation, we identified five genes involved in the citrinin response that are constitutively up-regulated in S. paradoxus. Four of these genes are necessary for resistance, and are also sufficient to increase the resistance of a sensitive strain when over-expressed. Moreover, cis-regulatory divergence in the promoters of these genes contributes to resistance, while exacting a cost in the absence of citrinin. Our results demonstrate how the subtle effects of individual regulatory elements can be combined, via natural selection, into a complex adaptation. Our approach can be applied to dissect the genetic basis of polygenic adaptations in a wide range of species.