Conventional meta-analytic techniques rely on the assumption that effect size estimates from different studies are independent and have sampling distributions with known conditional variances. The independence assumption is violated when studies produce several estimates based on the same individuals or there are clusters of studies that are not independent (such as those carried out by the same investigator or laboratory). This paper provides an estimator of the covariance matrix of meta-regression coefficients that are applicable when there are clusters of internally correlated estimates. It makes no assumptions about the specific form of the sampling distributions of the effect sizes, nor does it require knowledge of the covariance structure of the dependent estimates. Moreover, this paper demonstrates that the meta-regression coefficients are consistent and asymptotically normally distributed and that the robust variance estimator is valid even when the covariates are random. The theory is asymptotic in the number of studies, but simulations suggest that the theory may yield accurate results with as few as 20-40 studies. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.

Abstract Plasma membrane rupture (PMR) in dying cells undergoing pyroptosis or apoptosis requires the cell-surface protein NINJ1 1 . PMR releases pro-inflammatory cytoplasmic molecules, collectively called damage-associated molecular patterns (DAMPs), that activate immune cells. Therefore, inhibiting NINJ1 and PMR may limit the inflammation that is associated with excessive cell death. Here we describe an anti-NINJ1 monoclonal antibody that specifically targets mouse NINJ1 and blocks oligomerization of NINJ1, preventing PMR. Electron microscopy studies showed that this antibody prevents NINJ1 from forming oligomeric filaments. In mice, inhibition of NINJ1 or Ninj1 deficiency ameliorated hepatocellular PMR induced with TNF plus d -galactosamine, concanavalin A, Jo2 anti-Fas agonist antibody or ischaemia–reperfusion injury. Accordingly, serum levels of lactate dehydrogenase, the liver enzymes alanine aminotransaminase and aspartate aminotransferase, and the DAMPs interleukin 18 and HMGB1 were reduced. Moreover, in the liver ischaemia–reperfusion injury model, there was an attendant reduction in neutrophil infiltration. These data indicate that NINJ1 mediates PMR and inflammation in diseases driven by aberrant hepatocellular death.

ABSTRACT Several metabolic enzymes undergo reversible polymerization into macromolecular assemblies. The function of these assemblies is often unclear but in some cases they regulate enzyme activity and metabolic homeostasis. The guanine nucleotide biosynthetic enzyme inosine monophosphate dehydrogenase (IMPDH) forms octamers that polymerize into helical chains. In mammalian cells, IMPDH filaments can associate into micron-length assemblies. Polymerization and enzyme activity are regulated in part by binding of purine nucleotides to an allosteric regulatory domain. ATP promotes octamer polymerization, whereas GTP promotes a compact, inactive conformation whose ability to polymerize is unknown. An open question is whether polymerization directly alters IMPDH catalytic activity. To address this, we identified point mutants of human IMPDH2 that either prevent or promote polymerization. Unexpectedly, we found that polymerized and non-assembled forms of IMPDH have comparable catalytic activity, substrate affinity, and GTP sensitivity and validated this finding in cells. Electron microscopy revealed that substrates and allosteric nucleotides shift the equilibrium between active and inactive conformations in both the octamer and the filament. Unlike other metabolic filaments, which selectively stabilize active or inactive conformations, IMPDH filaments accommodate multiple states. Thus, although polymerization alone does not impact catalytic activity, substrate availability and purine balance dramatically affect IMPDH filament architecture.

ABSTRACT IMP dehydrogenase (IMPDH), a key regulatory enzyme in purine nucleotide biosynthesis, dynamically assembles filaments in response to changes in metabolic demand. Humans have two isoforms: IMPDH2 filaments reduce sensitivity to feedback inhibition by the downstream product GTP, while IMPDH1 assembly remains uncharacterized. IMPDH1 plays a unique role in retinal metabolism, and point mutants cause blindness and disrupt GTP regulation. Here, in a series of cryo-EM structures we show that IMPDH1 assembles polymorphic filaments with different assembly interfaces in active and inhibited states. Retina-specific splice variants introduce structural elements that reduce sensitivity to GTP inhibition, including stabilization of the active filament form. Finally, we show that IMPDH1 disease mutations fall into two classes: one disrupts GTP regulation and the other has no in vitro phenotype. These findings provide a foundation for understanding the role of IMPDH1 in retinal function and disease and demonstrate the diverse mechanisms by which metabolic enzyme filaments are allosterically regulated.

Viruses have been evolving host-modifying factors for billions of years. Genomes of bacterial and archaeal viruses are replete with fast-evolving, uncharacterized accessory genes (AGs), most of which likely antagonize host defenses or other viruses 1, 2 . Systematic investigation of AGs could uncover a multitude of biological mechanisms involved in virus-host competition, but AG identification in genomic databases remains a challenge. We developed an integrated computational and high-throughput discovery platform to identify AGs in virus genomes and assay their functions in complementary phage infection-dependent and -independent contexts. Our approach showcases how phages interact with the principal layers of antiviral immunity, including cell surface modifications, restriction systems, and abortive infection (Abi) mechanisms, which operate simultaneously in the same host. We discovered multiple Enterobacteriophage AGs associated with counter-defense functions that activate rather than inhibit antiviral immunity in cells, including the surprising finding that anti-restriction AGs elicit programmed cell death (PCD) activity of some restriction-modification (R-M) systems. We propose that counter-defense AGs that trigger PCD create a conundrum for phages whereby keeping the AGs causes PCD but losing them exposes the phage to restriction by bacteria. Strategies employed by viruses to avoid this double jeopardy could be an important factor in virus evolution that remains to be explored.

T cell-mediated adaptive immunity requires naïve, unstimulated T cells to transition from a quiescent metabolic state into a highly proliferative state upon T cell receptor engagement. This complex process depends on transcriptional changes mediated by Ca2+-dependent NFAT signaling, mTOR-mediated signaling and increased activity of the guanine nucleotide biosynthetic enzyme inosine-5'-monophosphate (IMP) dehydrogenase (IMPDH). Inhibitors of these pathways serve as potent immunosuppressants. Unexpectedly, we discovered that all three pathways converge to promote the assembly of IMPDH protein into micron-scale macromolecular filamentous structures in response to T cell activation. Assembly is post-transcriptionally controlled by mTOR and the Ca2+ influx regulator STIM1. Furthermore, IMPDH assembly and catalytic activity were negatively regulated by guanine nucleotide levels, suggesting a negative feedback loop that limits biosynthesis of guanine nucleotides. Filamentous IMPDH may be more resistant to this inhibition, facilitating accumulation of the higher GTP levels required for T cell proliferation.

ABSTRACT Protein conformations are shaped by cellular environments, but how environmental changes alter the conformational landscapes of specific proteins in vivo remains largely uncharacterized, in part due to the challenge of probing protein structures in living cells. Here, we use deep mutational scanning to investigate how a toxic conformation of α-synuclein, a dynamic protein linked to Parkinson’s disease, responds to perturbations of cellular proteostasis. In the context of a course for graduate students in the UCSF Integrative Program in Quantitative Biology, we screened a comprehensive library of α-synuclein missense mutants in yeast cells treated with a variety of small molecules that perturb cellular processes linked to α-synuclein biology and pathobiology. We found that the conformation of α-synuclein previously shown to drive yeast toxicity—an extended, membrane-bound helix—is largely unaffected by these chemical perturbations, underscoring the importance of this conformational state as a driver of cellular toxicity. On the other hand, the chemical perturbations have a significant effect on the ability of mutations to suppress α-synuclein toxicity. Moreover, we find that sequence determinants of α-synuclein toxicity are well described by a simple structural model of the membrane-bound helix. This model predicts that α-synuclein penetrates the membrane to constant depth across its length but that membrane affinity decreases toward the C terminus, which is consistent with orthogonal biophysical measurements. Finally, we discuss how parallelized chemical genetics experiments can provide a robust framework for inquiry-based graduate coursework.

ABSTRACT Prokaryotic CRISPR-Cas immunity is subverted via anti-CRISPRs (Acrs), small proteins that inhibit Cas protein activities when expressed during the phage lytic cycle or from resident prophages or plasmids. CRISPR-Cas defenses are classified into 6 types and 33 subtypes, which employ a diverse suite of Cas effectors and differ in their mechanisms of interference. As Acrs often work via binding to a cognate Cas protein, inhibition is almost always limited to a single CRISPR type. Furthermore, while acr genes are frequently organized together in phage-associated gene clusters, how such inhibitors initially evolve has remained unclear. Here we have investigated the Acr content and inhibition specificity of a collection of Listeria isolates, which naturally harbor four diverse CRISPR-Cas systems (types I-B, II-A, II-C, and VI-A). We observed widespread antagonism of CRISPR, which we traced to 12 novel and 4 known Acr gene families encoded on endogenous mobile genetic elements. Among these were two Acrs that possess sequence homology to type I-B Cas proteins and assemble into a defective interference complex. Surprisingly, an additional type I-B Cas homolog did not affect type I immunity, but instead inhibited the RNA-targeting type VI CRISPR system through sequestration of crRNA. By probing the IMGVR database of viral genomes, we detected abundant orphan cas genes located within putative anti-defense gene clusters. We experimentally verified the Acr activity of one viral cas gene, a particularly broad-spectrum cas3 homolog that inhibits type I-B, II-A, and VI-A CRISPR immunity. Our observations provide direct evidence of Acr evolution via cas gene co-option, and new genes with potential for broad-spectrum control of genome editing technologies.