Abstract Microsporidia are obligate intracellular parasites that infect a wide variety of hosts, including humans. Microsporidian spores possess a unique, highly specialized invasion apparatus involving the polar filament, polaroplast and posterior vacuole. During spore germination, the polar filament is discharged out of the spore forming the hollow polar tube that transports the sporoplasm components including nucleus into the host cell to achieve the invasion. Due to the complicated topological changes occurring in this process, the formation of sporoplasm is unclear. Here, electron microscopy observation and DiI staining confirmed that during spore germination, a large number of vesicles derived from the polaroplast, nucleus and other cytoplasm were transported out via the polar tube. Meanwhile, the posterior vacuole and plasma membrane remained in the empty spore coat. In addition, there was no DiI-labeled membrane around the nucleus in mature spores, whereas a DiI-labeled limit membrane wrapping nucleus was found at the tip of the extruded polar tube, suggesting that the membrane of sporoplasm was formed outside the mature spore. Two Nosema bombycis sporoplasm surface proteins (NbTMP1 and NoboABCG1.1) were located at the polaroplast in mature spores, in the extruded polar tube and on the sporoplasm membrane, which indicated that the polaroplast transported via the polar tube finally became the limiting membrane of the sporoplasm. Golgi-tracker green and Golgi marker protein syntaxin 6 were also found the same model, which was consistent with the transported polaroplast derived from Golgi transformed into the novel sporoplasm membrane during spore germination. Importance Microsporidia, obligate intracellular pathogenic organisms, cause huge economic losses in agriculture and even threaten human health. The key to successful infection of microsporidia is its unique invasion apparatus which includes the polar filament, polaroplast and posterior vacuole. When the spore is activated to geminate, the polar filament uncoils and undergoes a rapid transition into the hollow polar tube that will transport the sporoplasm components including nucleus into a host cell to achieve the invasion. Knowledge of structure difference between polar filament and polar tube, the process of cargo transport in extruded polar tube, and the formation of the sporoplasm membrane are still poorly understood. Herein, we verify that the polar filament evaginates to form the polar tube, which serves as a conduit for transporting elongated nucleus and other sporoplasm components. And we confirm that the transported polaroplast finally transforms into the novel sporoplasm membrane during spore germination. Our study provides new insights into the cargo transportation process of polar tube and origin of the sporoplasm membrane, which serve as foundations for clarifying the microsporidian infection mechanism.

Abstract Exposure to nanoparticles (NPs) is frequently associated with adverse cardiovascular effects. In contrast, NPs in nanomedicine hold great promise for precise lung-specific drug delivery, especially considering the extensive pulmonary capillary network that facilitates interactions with bloodstream-suspended particles. Therefore, exact knowledge about interactions and effects of engineered NPs with the pulmonary microcirculation are instrumental for future application of this technology in patients. To unravel the real-time dynamics of intravenously delivered NPs and their effects in the pulmonary microvasculature, we employed intravital microscopy of the mouse lung. PEG amine-modified quantum dots (aQDs) with a low potential for biomolecule and cell interactions and carboxyl-modified quantum dots (cQDs) with a high interaction potential were used, representing two different NP subtypes. Only aQDs triggered rapid neutrophil recruitment in microvessels and their subsequent recruitment to the alveolar space. Application of specific inhibitors revealed that the aQDs induced neutrophil recruitment was linked to cellular degranulation, TNF-α, and DAMP release into the circulation, particularly extracellular ATP (eATP). Stimulation of the ATP-gated P2X7R induced the expression of E-selectin on microvascular endothelium with the subsequent E-selectin depended neutrophilic immune response. Leukocyte integrins (LFA-1 and MAC-1) mediated adhesion and reduction in neutrophil crawling velocity on the vascular surface. In summary, this study unravels the complex cascade of neutrophil recruitment during NP-induced sterile inflammation. Thereby we demonstrate novel adverse effects for NPs in the pulmonary microcirculation and provide critical insights for optimizing NP-based drug delivery and therapeutic intervention strategies, to ensure their efficacy and safety in clinical applications. Graphical Abstract

Japanese Encephalitis Virus (JEV) NS2B-NS3 is a protein complex composed of NS3 proteases and a NS2B cofactor. The N-terminal protease domain (180 residues) of NS3 (NS3(pro)) interacts directly with a central 40-amino acid hydrophilic domain of NS2B (NS2B(H)) to form an active serine protease. In this study, the recombinant NS2B(H)-NS3(pro) proteases were prepared in E. coli and used to compare the enzymatic activity between genotype I (GI) and III (GIII) NS2B-NS3 proteases. The GI NS2B(H)-NS3(pro) was able to cleave the sites at internal C, NS2A/NS2B, NS2B/NS3 and NS3/NS4A junctions that were identical to the sites proteolytically processed by GIII NS2B(H)-NS3(pro). Analysis of the enzymatic activity of recombinant NS2B(H)-NS3(pro) proteases using a model of fluorogenic peptide substrate revealed that the proteolytical processing activity of GIII NS2B(H)-NS3(pro) was significantly higher than that of GI NS2B(H)-NS3(pro). There were eight amino acid variations between GI and GIII NS2B(H)-NS3(pro), which may be responsible for the difference in enzymatic activities between GI and GIII proteases. Therefore, recombinant mutants were generated by exchanging NS2B(H) and NS3(pro) domains between GI and GIII NS2B(H)-NS3(pro) and subjected to protease activity analysis. Substitution of NS2B(H) significantly altered the protease activities, as compared to the parental NS2B(H)-NS3(pro), suggesting that NS2B(H) played an essential role in regulation of NS3(pro) protease activity. To further identify the amino acids responsible for the difference in protease activities, multiple substitution mutants including the individual and combined mutations at the variant residue 55 and 65 of NS2B(H) were generated and subjected to protease activity analysis. Replacement of NS2B-55 and NS2B-65 of GI to GIII significantly increased the enzymatic activity of GI NS2B(H)-NS3(pro) protease, whereas mutation of NS2B-55 and NS2B-65 of GIII to GI remarkably reduced the enzymatic activity of GIII NS2B(H)-NS3(pro) protease. Overall, these data demonstrated that NS2B-55 and NS2B-65 variations in hydrophilic domain of NS2B co-contributed to the difference in NS2B(H)-NS3(pro) protease activities between GI and GIII. These observations gain an insight into the role of NS2B in regulation of NS3 protease activities, which is useful for understanding the replication of JEV GI and GIII viruses.

Abstract Duck infectious serositis, also known as the Riemerella anatipestifer disease infects domestic ducks, geese, turkeys, and wild birds. However, the regulatory mechanism of its pathogenicity remains unclear. The phoP / phoR two-component system was first reported in gram-negative bacteria in our previous research and was demonstrated to be involved in virulence and gene expression. Here, the DNA-affinity-purified sequencing (DAP-seq) was applied to further explore the regulation of phoP / phoR to pathogenicity in R. anatipestifer . A conserved motif was identified in the upstream of 583 candidate target genes which were directly regulated by phoP . To further confirm the genes which are regulated by phoP / phoR, phoR and phoP , the single-gene deletion strains were constructed. The results of transcriptome analysis using next-generation RNA sequencing showed 136 differential expression genes (DEGs) between Δ phoP and RA-YM, and 183 DEGs between Δ phoR and WT. The candidate target genes of PhoP were further identified by combining transcriptome analysis and DAP-seq. The results of DAP-seq and RNA-seq of Δ phoP in combination revealed that the main direct regulons of PhoP are located on the membrane and PhoP is involved in regulating aerotolerance. Using the in vivo duck model, the pathogenicity of Δ phoP or Δ phoR was significantly lower than that of the WT. Together, our findings provided a perception about the direct regulation of PhoP and suggested that phoP / phoR is essential for the pathogenicity of R. anatipestifer , and phoP / phoR is related to the aerotolerance of R. anatipestifer . The gene deletion strains are expected to be the candidate live vaccine strains of R. anatipestifer which can be used as ideal genetic engineering vector strains for the expression of foreign antigens. Author summary Riemerella anatipestifer is a severe pathogen in the poultry industry with high mortality in ducks and geese mainly due to acute septicemia and infectious polyserositis. A two-component system phoP / phoR was previously characterized in R. anatipestifer , and the phoP / phoR TCS was reported for the first time in Gram-negative bacteria. A deleted phoP / phoR in R. anatipestifer has been reported to almost lose its pathogenicity in ducklings. However, the mechanism of phoP / phoR regulating the virulence of R. anatipestifer had not been explored in detail. This study has utilized DAP-seq to explore the DNA-binding sites of PhoP as a response regulator in the global genome. Furthermore, the phoP and phoR were deleted separately and the transcriptomics of the corresponding gene-deleted strains was analyzed. A series of directly regulated genes of phoP/phoR TCS were determined in combination. The duckling model revealed both PhoP and PhoR as essential virulence-related factors of R. anatipestifer .