Multiple sclerosis is a disease of the central nervous system that involves interplay between inflammation and neurodegeneration. Despite intensive study, much of the genetic architecture underlying susceptibility to the disease remains to be defined. A large, international, collaborative genome-wide association study involving almost 10,000 cases, all of European descent, has confirmed about 20 previously reported multiple-sclerosis-linked regions of DNA, and identified an additional 29 novel susceptibility loci. Further analysis implicates the differentiation of T-helper cells as particularly relevant to the pathogenesis of this disease. Multiple sclerosis is a common disease of the central nervous system in which the interplay between inflammatory and neurodegenerative processes typically results in intermittent neurological disturbance followed by progressive accumulation of disability1. Epidemiological studies have shown that genetic factors are primarily responsible for the substantially increased frequency of the disease seen in the relatives of affected individuals2,3, and systematic attempts to identify linkage in multiplex families have confirmed that variation within the major histocompatibility complex (MHC) exerts the greatest individual effect on risk4. Modestly powered genome-wide association studies (GWAS)5,6,7,8,9,10 have enabled more than 20 additional risk loci to be identified and have shown that multiple variants exerting modest individual effects have a key role in disease susceptibility11. Most of the genetic architecture underlying susceptibility to the disease remains to be defined and is anticipated to require the analysis of sample sizes that are beyond the numbers currently available to individual research groups. In a collaborative GWAS involving 9,772 cases of European descent collected by 23 research groups working in 15 different countries, we have replicated almost all of the previously suggested associations and identified at least a further 29 novel susceptibility loci. Within the MHC we have refined the identity of the HLA-DRB1 risk alleles and confirmed that variation in the HLA-A gene underlies the independent protective effect attributable to the class I region. Immunologically relevant genes are significantly overrepresented among those mapping close to the identified loci and particularly implicate T-helper-cell differentiation in the pathogenesis of multiple sclerosis.

Abstract Okur-Chung Neurodevelopmental Syndrome (OCNDS) is caused by heterozygous mutations to the CSNK2A1 gene, which encodes the alpha subunit of casein kinase II (CK2). The most frequently occurring mutation is lysine 198 to arginine (K198R). To investigate the impact of this mutation, we first generated a high-resolution phosphorylation motif of CK2 WT , including the first characterization of specificity for tyrosine phosphorylation activity. A second high resolution motif representing CK2 K198R substrate specificity was also generated. Here we report for the first time the impact of the OCNDS associated CK2 K198R mutation. Contrary to prior speculation, the mutation does not result in a loss of function, but rather shifts the substrate specificity of the kinase. Broadly speaking the mutation leads to 1) a decreased preference for acidic residues in the +1 position, 2) a decreased preference for threonine phosphorylation, 3) an increased preference for tyrosine phosphorylation, and 4) an alteration of the tyrosine phosphorylation specificity motif. To further investigate the result of this mutation we have developed a probability-based scoring method, allowing us to predict shifts in phosphorylation in the K198R mutant relative to the wild type kinase. As an initial step we have applied the methodology to the set of axonally localized ion channels in an effort to uncover potential alterations of the phosphoproteome associated with the OCNDS disease condition.

Schizophrenia (SCZ) and bipolar disorder (BD) are highly heritable disorders that share a significant proportion of common risk variation. Understanding the genetic factors underlying the specific symptoms of these disorders will be crucial for improving diagnosis, intervention and treatment. In case-control data consisting of 53,555 cases (20,129 BD, 33,426 SCZ) and 54,065 controls, we identified 114 genome-wide significant loci (GWS) when comparing all cases to controls, of which 41 represented novel findings. Two genome-wide significant loci were identified when comparing SCZ to BD and a third was found when directly incorporating functional information. Regional joint association identified a genomic region of overlapping association in BD and SCZ with disease-independent causal variants indicating a fourth region contributing to differences between these disorders. Regional SNP-heritability analyses demonstrated that the estimated heritability of BD based on the SCZ GWS regions was significantly higher than that based on the average genomic region (91 regions, p = 1.2x10-6) while the inverse was not significant (19 regions, p=0.89). Using our BD and SCZ GWAS we calculated polygenic risk scores and identified several significant correlations with: 1) SCZ subphenotypes: negative symptoms (SCZ, p=3.6x10-6) and manic symptoms (BD, p=2x10-5), 2) BD subphenotypes: psychotic features (SCZ p=1.2x10-10, BD p=5.3x10-5) and age of onset (SCZ p=7.9x10-4). Finally, we show that psychotic features in BD has significant SNP-heritability (h2snp=0.15, SE=0.06), and a significant genetic correlation with SCZ (rg=0.34) in addition there is a significant sign test result between SCZ GWAS and a GWAS of BD cases contrasting those with and without psychotic features (p=0.0038, one-side binomial test). For the first time, we have identified specific loci pointing to a potential role of 4 genes (DARS2, ARFGEF2, DCAKD and GATAD2A) that distinguish between BD and SCZ, providing an opportunity to understand the biology contributing to clinical differences of these disorders. Our results provide the best evidence so far of genomic components distinguishing between BD and SCZ that contribute directly to specific symptom dimensions.

Subtypes of inhibitory interneurons play diverse roles within neural circuits in cerebral cortex. Defining the molecular underpinnings of interneuron functions within cortical circuits will require identification of interneuron synaptic proteomes. In this study, we first combined genetically directed expression of tdTomato-synaptophysin with antibody-directed proximity labeling and tandem mass spectrometry to identify synaptic proteomes of three major interneuron classes in mouse cortex: parvalbumin (PV), somatostatin (SS), and vasoactive intestinal peptide (VIP). After stringent filtering we identified 581 proteins: 228 identified in all cell classes and 353 in one or two of three classes. The PV class had the largest number of uniquely identified proteins (141), followed by VIP (30) and SST (20). Consistent with previously reported electrophysiological evidence, PV presynaptic proteomes were enriched for NMDA receptor subunits and scaffolding proteins. We used antibodies against synaptotagmin 2 (Syt2), a presynaptic protein present at PV synapses, to confirm NMDAR localization, and to find that the mu-opioid receptor agonist buprenorphine rapidly caused reorganization of the PV presynaptic proteome. Overall, our results reveal proteomes of PV, SST, and VIP interneurons in cortex that likely underlie distinct and dynamic interneuron synaptic properties.

ABSTRACT Viruses promote infection by hijacking host ubiquitin machinery to counteract or redirect cellular processes. Adenovirus encodes two early proteins, E1B55K and E4orf6, that together co-opt a cellular ubiquitin ligase complex to overcome host defenses and promote virus production. Adenovirus mutants lacking E1B55K or E4orf6 display defects in viral RNA processing and protein production, but previously identified substrates of the redirected ligase do not explain these phenotypes. Here we used a quantitative proteomics approach to identify substrates of E1B55K/E4orf6-mediated ubiquitination that facilitate RNA processing. While all currently known cellular substrates of E1B55K/E4orf6 are degraded by the proteasome, we uncovered RNA-binding proteins (RBPs) as high-confidence substrates which are not decreased in overall abundance. We focused on two RBPs, RALY and hnRNP-C, which we confirm are ubiquitinated without degradation. Knockdown of RALY and hnRNP-C increased levels of viral RNA splicing, protein abundance, and progeny production during infection with E1B55K-deleted virus. Furthermore, infection with virus deleted for E1B55K resulted in increased interaction of hnRNP-C with viral RNA, and attenuation of viral RNA processing. These data suggest viral-mediated ubiquitination of RALY and hnRNP-C relieves a restriction on viral RNA processing, revealing an unexpected role for non-degradative ubiquitination in manipulation of cellular processes during virus infection.

Modulating the dynamics of protein kinases expands the inhibitory mechanisms for small molecules. NMR measurements of the MAP kinase, ERK2, have shown that activation by dual-phosphorylation induces global motions involving exchange between two states, "L" and "R". We show that ERK inhibitors Vertex-11e and SCH772984 exploit the small energetic difference between L and R to shift the equilibrium in opposing directions, while inhibitor GDC-0994 and ATP analogue AMP-PNP retain L⇌R exchange. An X-ray structure of active 2P-ERK2 complexed with AMP-PNP reveals a shift in the Gly-rich loop along with domain closure to position the nucleotide in a more catalytically productive conformation relative to inactive 0P-ERK2:ATP. X-ray structures of 2P-ERK2 complexed with Vertex-11e or GDC-0994 recapitulate this closure, which is blocked in a complex with a SCH772984 analogue. Thus, the L⇌R shift in 2P-ERK2 is associated with movements needed to form a competent active site. Solution measurements by hydrogen-exchange mass spectrometry (HX-MS) reveal distinct binding modes for Vertex-11e, GDC-0994 and AMP-PNP to active vs inactive ERK2, where the extent of HX protection matches their degree of R-state formation. In addition, Vertex-11e and SCH772984 show opposite effects on HX near the activation loop, suggesting that L⇌R exchange involves coupling between the activation loop and the active site. Consequently, these inhibitors differentially affect MAP kinase phosphatase activity towards 2P-ERK2. We conclude that global motions in ERK2 promote productive nucleotide binding, and couple with the activation loop to allow control of dephosphorylation by conformation-selective inhibitors.

Several protein ensembles facilitate MutSγ crossover recombination and the associated process of synaptonemal complex (SC) assembly during meiosis, but the physical and functional relationships between the components involved remain obscure. We have employed proximity labeling as a phenotypic tool to discern functional relationships between meiotic recombination and SC proteins in S. cerevisiae, and to gain deeper insight into molecular deficits of crossover-defective mutants. We find that recombination initiation (Spo11) and the Mer3 helicase are dispensable for proximity labeling of the Zip3 E3 ligase by components of the ZZS ensemble (Zip2, Zip4 and Spo16) but are required for proximity labeling of Zip3 by Msh4, consistent with the possibility that MutSγ joins Zip3 only after a specific recombination intermediate has been generated. Proximity labeling analysis of crossover-defective zip1 mutants suggests a key shared defect is a failure to assemble an early recombination ensemble where ZZS can properly engage Zip3. We furthermore discovered that the abundance of Zip3 within the meiotic cell is uniquely dependent on the presence of Zip1, and that the post-translational modification of Zip3 is promoted by most MutSγ pathway proteins but countered by Zip1. Based on this and additional data, we propose a model whereby Zip1 stabilizes a functional, unmodified form of Zip3 until intermediate steps in recombination are complete. We also find that SC structural protein Ecm11 is proximity labeled by ZZS complex proteins in a Zip4-dependent manner, but by Zip3 and Msh4, at least in part, via a distinct pathway. Finally, streptavidin pulldowns followed by mass spectrometry on eleven different proximity labeling strains uncovers shared proximity targets of MutSγ-associated proteins, some with known meiotic functions and others not yet implicated in a meiotic activity, highlighting the potential power of proximity labeling as a discovery tool.