A group of scientists in the systems biology community propose visual conventions for drawing biological diagrams. Circuit diagrams and Unified Modeling Language diagrams are just two examples of standard visual languages that help accelerate work by promoting regularity, removing ambiguity and enabling software tool support for communication of complex information. Ironically, despite having one of the highest ratios of graphical to textual information, biology still lacks standard graphical notations. The recent deluge of biological knowledge makes addressing this deficit a pressing concern. Toward this goal, we present the Systems Biology Graphical Notation (SBGN), a visual language developed by a community of biochemists, modelers and computer scientists. SBGN consists of three complementary languages: process diagram, entity relationship diagram and activity flow diagram. Together they enable scientists to represent networks of biochemical interactions in a standard, unambiguous way. We believe that SBGN will foster efficient and accurate representation, visualization, storage, exchange and reuse of information on all kinds of biological knowledge, from gene regulation, to metabolism, to cellular signaling.

The Minimum Information for Biological and Biomedical Investigations (MIBBI) project aims to foster the coordinated development of minimum-information checklists and provide a resource for those exploring the range of extant checklists.

Intrinsic antioxidant defenses are important for neuronal longevity. We found that in rat neurons, synaptic activity, acting via NMDA receptor (NMDAR) signaling, boosted antioxidant defenses by making changes to the thioredoxin-peroxiredoxin (Prx) system. Synaptic activity enhanced thioredoxin activity, facilitated the reduction of overoxidized Prxs and promoted resistance to oxidative stress. Resistance was mediated by coordinated transcriptional changes; synaptic NMDAR activity inactivated a previously unknown Forkhead box O target gene, the thioredoxin inhibitor Txnip. Conversely, NMDAR blockade upregulated Txnip in vivo and in vitro, where it bound thioredoxin and promoted vulnerability to oxidative damage. Synaptic activity also upregulated the Prx reactivating genes Sesn2 (sestrin 2) and Srxn1 (sulfiredoxin), via C/EBPβ and AP-1, respectively. Mimicking these expression changes was sufficient to strengthen antioxidant defenses. Trans-synaptic stimulation of synaptic NMDARs was crucial for boosting antioxidant defenses; chronic bath activation of all (synaptic and extrasynaptic) NMDARs induced no antioxidative effects. Thus, synaptic NMDAR activity may influence the progression of pathological processes associated with oxidative damage.

RNA levels in a cell are determined by the relative rates of RNA synthesis and decay. State-of-the-art transcriptional analyses only employ total cellular RNA. Therefore, changes in RNA levels cannot be attributed to RNA synthesis or decay, and temporal resolution is poor. Recently, it was reported that newly transcribed RNA can be biosynthetically labeled for 1-2 h using thiolated nucleosides, purified from total cellular RNA and subjected to microarray analysis. However, in order to study signaling events at molecular level, analysis of changes occurring within minutes is required. We developed an improved approach to separate total cellular RNA into newly transcribed and preexisting RNA following 10-15 min of metabolic labeling. Employing new computational tools for array normalization and half-life determination we simultaneously study short-term RNA synthesis and decay as well as their impact on cellular transcript levels. As an example we studied the response of fibroblasts to type I and II interferons (IFN). Analysis of RNA transcribed within 15-30 min at different times during the first three hours of interferon-receptor activation resulted in a >10-fold increase in microarray sensitivity and provided a comprehensive profile of the kinetics of IFN-mediated changes in gene expression. We identify a previously undisclosed highly connected network of short-lived transcripts selectively down-regulated by IFNgamma in between 30 and 60 min after IFN treatment showing strong associations with cell cycle and apoptosis, indicating novel mechanisms by which IFNgamma affects these pathways.

The human cytomegalovirus (HCMV) genomic unique short (US) region encodes a family of homologous genes essential for the inhibition of major histocompatibility complex (MHC) class I-mediated antigen presentation during viral infection. Here we show that US3, the only immediate early (IE) gene within the US region, encodes an endoplasmic reticulum-resident glycoprotein that prevents intracellular transport of MHC class I molecules. In contrast to the rapid degradation of newly synthesized MHC class I heavy chains mediated by the early gene product US11, we found that US3 retains stable MHC class I heterodimers in the endoplasmic reticulum that are loaded with peptides while retained in the ER. Consistent with the expression pattern of US3 and US11, MHC class I molecules are retained but not degraded during the IE period of infection. Our data identify the first nonregulatory role of an IE protein of HCMV and suggest that HCMV uses different T-cell escape strategies at different times during the infectious cycle.

Recent studies suggest that the sterol metabolic network participates in the interferon (IFN) antiviral response. However, the molecular mechanisms linking IFN with the sterol network and the identity of sterol mediators remain unknown. Here we report a cellular antiviral role for macrophage production of 25-hydroxycholesterol (cholest-5-en-3β,25-diol, 25HC) as a component of the sterol metabolic network linked to the IFN response via Stat1. By utilizing quantitative metabolome profiling of all naturally occurring oxysterols upon infection or IFN-stimulation, we reveal 25HC as the only macrophage-synthesized and -secreted oxysterol. We show that 25HC can act at multiple levels as a potent paracrine inhibitor of viral infection for a broad range of viruses. We also demonstrate, using transcriptional regulatory-network analyses, genetic interventions and chromatin immunoprecipitation experiments that Stat1 directly coupled Ch25h regulation to IFN in macrophages. Our studies describe a physiological role for 25HC as a sterol-lipid effector of an innate immune pathway.

Upon infection, our immune cells produce a small protein called interferon, which in turn signals a protective response through a series of biochemical reactions that involves lowering the cells' ability to make cholesterol by targeting a gene essential for controlling the pathway for cholesterol metabolism.

Abstract Oxylipins are potent biological mediators requiring strict control, but how they are removed en masse during infection and inflammation is unknown. Here we show that lipopolysaccharide (LPS) dynamically enhances oxylipin removal via mitochondrial β-oxidation. Specifically, genetic or pharmacological targeting of carnitine palmitoyl transferase 1 (CPT1), a mitochondrial importer of fatty acids, reveal that many oxylipins are removed by this protein during inflammation in vitro and in vivo. Using stable isotope-tracing lipidomics, we find secretion-reuptake recycling for 12-HETE and its intermediate metabolites. Meanwhile, oxylipin β-oxidation is uncoupled from oxidative phosphorylation, thus not contributing to energy generation. Testing for genetic control checkpoints, transcriptional interrogation of human neonatal sepsis finds upregulation of many genes involved in mitochondrial removal of long-chain fatty acyls, such as ACSL1,3,4, ACADVL, CPT1B, CPT2 and HADHB . Also, ACSL1/Acsl1 upregulation is consistently observed following the treatment of human/murine macrophages with LPS and IFN-γ. Last, dampening oxylipin levels by β-oxidation is suggested to impact on their regulation of leukocyte functions. In summary, we propose mitochondrial β-oxidation as a regulatory metabolic checkpoint for oxylipins during inflammation.

Background: Sepsis is a common cause of serious illness and death.Sepsis management remains challenging and sub-optimal.To support rapid sepsis diagnosis and treatment, screening tools have been embedded into hospital digital systems to appear as digital alerts.The implementation of digital alerts to improve management of sepsis/deterioration is a complex intervention which has to fit with team workflow and the views and practices of hospital staff.Despite the importance of human decision making and behaviour in optimal implementation, there are limited qualitative studies that explore the views and experiences of healthcare professionals regarding digital alerts as sepsis/deterioration computerised clinician decision support systems.Objective: To explore the views and experiences of healthcare professionals on the use of sepsis/deterioration computerised clinician decision support systems and to identify barriers and facilitators to their implementation and use in NHS hospitals.Methods: A qualitative, multi-site study with unstructured observations and semi-structured interviews with healthcare professionals from emergency departments, outreach teams and intensive/acute units in three NHS hospital Trusts in England.Data from both interviews and observations were analysed together inductively using thematic analysis.Results: Twenty-two healthcare professionals were interviewed, and twelve observation sessions were undertaken.Four themes were identified in relation to sepsis digital alerts: 1) Support decision-making as nested in electronic health records.Participants viewed them as useful tools in decision-making but emphasised that they did not substitute their knowledge and experience; 2) Remind to take action according to the context.Participants expressed that they served as reminders for different clinical actions depending on the hospital unit and the job role; 3) Improve the alerts and their introduction.Participants felt the alerts could be improved by being more accessible, more accurate, and that they should be integrated across the whole healthcare system; 4) Contextual factors affecting views and use of alerts in the Trusts.Digital alerts are more optimally used in general hospital units with a lower senior decision maker/patient ratio and by healthcare professionals with experience of a similar technology.Better use of the alerts was associated with quality improvement initiatives and continuous sepsis training.Trust's features, such as the JMIR PreprintsLazzarino et al presence of a 24/7 emergency outreach team, good technological resources, staffing and teamwork, favoured a more optimal use.The easier the tool itself is to use, it is not one of many and is not intrusive, the more positively participants viewed and used it.Conclusions: Trust implementation of sepsis/deterioration computerised clinician decision support systems requires support on multiple levels and at all phases of the intervention -starting from a pre-go-live analysis addressing organisational needs and readiness.Advancements towards minimally disruptive and smart digital alerts as sepsis/deterioration computerised clinician decision support systems -which are more accurate and specific, but at the same time scalable and accessible -have to see policy changes and investments in multidisciplinary research.Clinical Trial: The ClinicalTrials.govregistration identifier for this study is NCT05741801; the protocol ID is 16347.

The cholesterol biosynthesis pathway has recently been shown to play an important role in the innate immune response to viral infection with host protection occurring through a coordinate down regulation of the enzymes catalyzing each metabolic step. In contrast, statin based drugs, which form the principle pharmaceutical agents for decreasing the activity of this pathway, target a single enzyme. Here, we build an ordinary differential equation model of the cholesterol biosynthesis pathway in order to investigate how the two regulatory strategies impact upon the behaviour of the pathway. We employ a modest set of assumptions: that the pathway operates away from saturation, that each metabolite is involved in multiple cellular interactions and that mRNA levels reflect enzyme concentrations. Using data taken from primary bone marrow derived macrophage cells infected with murine cytomegalovirus infection or treated with IFNγ, we show that, under these assumptions, coordinate down regulation of enzyme activity imparts a graduated reduction in flux along the pathway. In contrast, modelling a statin-like treatment that achieves the same degree of down-regulation in cholesterol production, we show that this delivers a step change in flux along the pathway. The graduated reduction mediated by physiological coordinate regulation of multiple enzymes supports a mechanism that allows a greater level of specificity, altering cholesterol levels with less impact upon interactions branching from the pathway, than pharmacological step reductions. We argue that coordinate regulation is likely to show a long-term evolutionary advantage over single enzyme regulation. Finally, the results from our models have implications for future pharmaceutical therapies intended to target cholesterol production with greater specificity and fewer off target effects, suggesting that this can be achieved by mimicking the coordinated down-regulation observed in immunological responses.