Abstract The corona virus (SARS-CoV-2) pandemic and the resulting long-term neurological complications in patients, known as long COVID, have renewed the interest in the correlation between viral infections and neurodegenerative brain disorders. While many viruses can reach the central nervous system (CNS) causing acute or chronic infections (such as herpes simplex virus 1, HSV-1), the lack of a clear mechanistic link between viruses and protein aggregation into amyloids, a characteristic of several neurodegenerative diseases, has rendered such a connection elusive. Recently, we showed that viruses can induce aggregation of purified amyloidogenic proteins via the direct physicochemical mechanism of heterogenous nucleation (HEN). In the current study, we show that the incubation of HSV-1 and SARS-CoV-2 with human cerebrospinal fluid (CSF) leads to the amyloid aggregation of several proteins known to be involved in neurodegenerative diseases, such as: APLP1 (amyloid beta precursor like protein 1), ApoE, clusterin, α2-macroglobulin, PGK-1 (phosphoglycerate kinase 1), ceruloplasmin, nucleolin, 14-3-3, transthyretin and vitronectin. Importantly, UV-inactivation of SARS-CoV-2 does not affect its ability to induce amyloid aggregation, as amyloid formation is dependent on viral surface catalysis via HEN and not its ability to replicate. Our results show that viruses can physically induce amyloid aggregation of proteins in human CSF, and thus providing a potential mechanism that may account for the association between persistent and latent/reactivating brain infections and neurodegenerative diseases.

Mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) can regenerate tissues through engraftment and differentiation but also via paracrine signalling via extracellular vesicles (EVs). Fetal-derived MSCs (fMSCs) have been shown, both in vitro and in animal studies, to be more efficient than adult MSC (aMSCs) in generating bone and muscle but the underlying reason for this difference has not yet been clearly elucidated. In this study, we aimed to systematically investigate the differences between fetal and adult MSCs and MSC-derived EVs at the phenotypic, RNA, and protein levels.We carried out a detailed and comparative characterization of culture-expanded fetal liver derived MSCs (fMSCs) and adult bone marrow derived MSCs (aMSCs) phenotypically, and the MSCs and MSC-derived EVs were analysed using transcriptomics and proteomics approaches with RNA Sequencing and Mass Spectrometry.Fetal MSCs were smaller, exhibited increased proliferation and colony-forming capacity, delayed onset of senescence, and demonstrated superior osteoblast differentiation capability compared to their adult counterparts. Gene Ontology analysis revealed that fMSCs displayed upregulated gene sets such as "Positive regulation of stem cell populations", "Maintenance of stemness" and "Muscle cell development/contraction/Myogenesis" in comparison to aMSCs. Conversely, aMSCs displayed upregulated gene sets such as "Complement cascade", "Adipogenesis", "Extracellular matrix glycoproteins" and "Cellular metabolism", and on the protein level, "Epithelial cell differentiation" pathways. Signalling entropy analysis suggested that fMSCs exhibit higher signalling promiscuity and hence, higher potency than aMSCs. Gene ontology comparisons revealed that fetal MSC-derived EVs (fEVs) were enriched for "Collagen fibril organization", "Protein folding", and "Response to transforming growth factor beta" compared to adult MSC-derived EVs (aEVs), whereas no significant difference in protein expression in aEVs compared to fEVs could be detected.This study provides detailed and systematic insight into the differences between fMSCs and aMSCs, and MSC-derived EVs. The key finding across phenotypic, transcriptomic and proteomic levels is that fMSCs exhibit higher potency than aMSCs, meaning they are in a more undifferentiated state. Additionally, fMSCs and fMSC-derived EVs may possess greater bone forming capacity compared to aMSCs. Therefore, using fMSCs may lead to better treatment efficacy, especially in musculoskeletal diseases.

Artificial nanoparticles accumulate a protein corona layer in biological fluids, which significantly influences their bioactivity. As nanosized obligate intracellular parasites, viruses share many biophysical properties with artificial nanoparticles in extracellular environments and here we show that respiratory syncytial virus (RSV) and herpes simplex virus 1 (HSV-1) accumulate a rich and distinctive protein corona in different biological fluids. Moreover, we show that corona pre-coating differentially affects viral infectivity and immune cell activation. Additionally, we demonstrate that viruses bind amyloidogenic peptides in their corona and catalyze amyloid formation via surface-assisted heterogeneous nucleation. Importantly, we show that HSV-1 catalyzes the aggregation of the amyloid beta peptide (Aβ42), a major constituent of amyloid plaques in Alzheimer’s disease, in-vitro and in animal models. Our results highlight the viral protein corona as an acquired structural layer that is critical for viral-host interactions and illustrate a mechanistic convergence between viral and amyloid pathologies.

The pEVs have strong potential to be used as clinical biomarkers in various pathological conditions by providing unique, additional proteomics information that could not be obtained from plasma alone. Our study provides an advanced proteomics workflow for in-depth proteome profiling and detection of disease-specific proteins present in plasma and pEVs. Size-exclusion chromatography-based columns were used for EV isolation from plasma. The particle size, concentration, and distribution of pEVs were characterized using the Coomassie brilliant blue protein gel staining, nanoparticle tracking analysis, and flow cytometry bead-based assay. For workflow optimization pEVs (healthy donor plasma) proteome was generated using long-gradient (LG) and HiRIEF methods. The workflow performance was validated using a cohort of 6 metastatic melanoma (MM) and 6 lung adenocarcinoma (LUAD) patients. HiRIEF pre-fractionation and tandem mass tags (TMT)-16plex based peptide quantification, was used to generate cancer pEVs and corresponding albumin-depleted plasma proteomes. We achieved high proteome coverage in pEVs, and detected traditional EV-marker proteins (CD81, CD9, HSPA8, FLOT1/2, LGALS3BP, HSP90AA1/AB1), ESCRTs, and several other EV-specific proteins associated to cargo selection, trafficking/sorting, and exosome biogenesis. Some well-known clinical biomarkers for LUAD and MM, as well as many other cancer-related proteins, were present in the cancer cohort plasma and pEVs. The differentially expressed proteins (DEPs) in pEVs and plasma show no overlap, supporting the unique protein information carried by pEVs in plasma. Some of the DEPs identified in pEVs and plasma are frequently reported as prognostic biomarkers for LUAD and MM. We present an optimized workflow for extensive proteome profiling of plasma and pEVs in parallel using the advanced HiRIEF LC-MS method. The workflow exhibits high proteome coverage and the ability to detect potential disease-specific markers in pEVs enriched from clinical plasma samples.

Abstract Glioblastoma’s (GBM) origin, recurrence and resistance to treatment are driven by GBM cancer stem cells (GSCs). Existing transcriptomic characterisations of GBM classify the tumours to three subtypes: classical, proneural, and mesenchymal. The comprehension of how expression patterns of the GBM subtypes are reflected at global proteome level in GSCs is limited. To characterise protein expression in GSCs, we performed in-depth proteogenomic analysis of patient-derived GSCs by RNA-sequencing and mass-spectrometry proteomics. We identified and quantified over 10,000 proteins in two independent GSCs panels, and propose a GSC-associated proteomic signature (GSAPS) that defines two distinct morphological conditions; one defined by a set of proteins expressed in non-mesenchymal - proneural and classical - GSCs (GPC-like), and another expressed in mesenchymal GSCs (GM-like). The expression of GM-like protein set in GBM tissue was associated with hypoxia, necrosis, recurrence, and worse overall survival in GBM patients. In a proof-of-concept proteogenomic approach, we discovered 252 non-canonical peptides expressed in GSCs, i.e., protein sequences that are variant or derive from genome regions previously considered protein-non-coding. We report new variants of the heterogeneous ribonucleoproteins (HNRNPs), which are implicated in mRNA splicing. Furthermore, we show that per-gene mRNA-protein correlations in GSCs are moderate and vary compared to GBM tissue.