Severe infection commonly results in immunosuppression, which leads to impaired pathogen clearance or increased secondary infection in both humans and animals. However, the exact mechanisms remain poorly understood. Here, we demonstrate that IL-33 results in immunosuppression by inducing thymic involution-associated naive T cell dysfunction with aberrant expression of aging-associated genes and impairs host control of infection in mouse disease models of schistosomiasis or sepsis. Furthermore, we illustrate that IL-33 triggers the excessive generation of medullary thymic epithelial cell (mTEC) IV (thymic tuft cells) in a Pou2f3-dependent manner, as a consequence, disturbs mTEC/cortical TEC (cTEC) compartment and causes thymic involution during severe infection. More importantly, IL-33 deficiency, the anti-IL-33 neutralizing antibody treatment, or IL-33 receptor ST2 deficient thymus transplantation rescues T cell immunity to better control infection in mice. Our findings not only uncover a link between severe infection-induced IL-33 and thymic involution-mediated naive T cell aging, but also suggest that targeting IL-33 or ST2 is a promising strategy to rejuvenate T cell immunity to better control severe infection.

ABSTRACT COVID-19 has recently caused a global health crisis and an effective interventional therapy is urgently needed. SARS-CoV-2 RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) is a promising but challenging drug target due to its intrinsic proofreading exoribonuclease (ExoN). Remdesivir targeting SARS-CoV-2 RdRp exerts high drug efficacy in vitro and in vivo . However, its underlying inhibitory mechanisms remain elusive. Here, we performed all-atom molecular dynamics simulations with an accumulated simulation time of 24 microseconds to elucidate the molecular mechanisms underlying the inhibitory effects of Remdesivir. We found that Remdesivir’s 1’-cyano group of possesses the dual role of inhibiting nucleotide addition and proofreading. The presence of its polar 1’-cyano group at an upstream site in RdRp causes instability and hampers RdRp translocation. This leads to a delayed chain termination of RNA extension, which may also subsequently reduce the likelihood for Remdesivir to be cleaved by ExoN acting on the 3’-terminal nucleotide. In addition, our simulations suggest that Remdesivir’s 1’-cyano group can also disrupt the cleavage active site of ExoN via steric interactions, leading to a further reduced cleavage efficiency. Our work provides plausible molecular mechanisms on how Remdesivir inhibits viral RNA replication and may guide rational design for new treatments of COVID-19 targeting viral replication.

Mass cytometry (CyTOF) has greatly expanded the capability of cytometry. It is now easy to generate multiple CyTOF samples in a single study, with each sample containing single-cell measurement on 50 markers for more than hundreds of thousands of cells. Current methods do not adequately address the issues concerning combining multiple samples for subpopulation discovery, and these issues can be quickly and dramatically amplified with increasing number of samples. To overcome this limitation, we developed Partition-Assisted Clustering and Multiple Alignments of Networks (PAC-MAN) for the fast automatic identification of cell populations in CyTOF data closely matching that of expert manual-discovery, and for alignments between subpopulations across samples to define dataset-level cellular states. PAC-MAN is computationally efficient, allowing the management of very large CyTOF datasets, which are increasingly common in clinical studies and cancer studies that monitor various tissue samples for each subject.

Abstract Arthropod-borne microbes rely on the metabolic state of a host to cycle between evolutionarily distant species. For instance, arthropod tolerance to infection may be due to redistribution of metabolic resources, often leading to microbial transmission to mammals. Conversely, metabolic alterations aids in pathogen elimination in humans, who do not ordinarily harbor arthropod-borne microbes. To ascertain the effect of metabolism on interspecies relationships, we engineered a system to evaluate glycolysis and oxidative phosphorylation in the tick Ixodes scapularis . Using a metabolic flux assay, we determined that the rickettsial bacterium Anaplasma phagocytophilum and the Lyme disease spirochete Borrelia burgdorferi , which are transstadially transmitted in nature, induced glycolysis in ticks. On the other hand, the endosymbiont Rickettsia buchneri, which is transovarially maintained, had a minimal effect on I. scapularis bioenergetics. Importantly, the metabolite β-aminoisobutyric acid (BAIBA) was elevated during A. phagocytophilum infection of tick cells following an unbiased metabolomics approach. Thus, we manipulated the expression of genes associated with the catabolism and anabolism of BAIBA in I. scapularis and detected impaired feeding on mammals, reduced bacterial acquisition, and decreased tick survival. Collectively, we reveal the importance of metabolism for tick-microbe relationships and unveil a valuable metabolite for I. scapularis fitness.

Summary Hemiptera and Thysanoptera insects pose persistent threats to agricultural production. Conventional management strategies involve the release of chemical or plastic agents, causing adverse environmental and global health issues. Notably, Nicotiana benthamiana, a globally utilized model plant, exhibits remarkable lethal effects and attraction towards these pests. In this study, we explored the potential of using N. benthamiana for Hemiptera and Thysanoptera pest control in the laboratory and field. Through net cover and three field assays over two years, we demonstrated the efficacy and benefits of using N. benthamiana as a field-deployed pest control dead-end trap. N. benthamiana demonstrated nearly 100% lethality to whiteflies, aphids, and thrips, with emitted volatiles attracting these insects. Field trials showed that potted and planted N. benthamiana blocks and traps whiteflies and thrips from several Solanaceae and Cucurbitaceae crops effectively, comparable to common commercial yellow and blue sticky boards. Moreover, N. benthamiana in the field exhibits robust growth in commercial greenhouses without negatively impacting crop growth, natural enemies, and pollinators. Our study introduces an innovative, easily implementable, and sustainable approach for controlling Hemiptera and Thysanoptera pests. Moreover, it unveils the novel utility of N. benthamiana in field-based pest management.

The CRISPR/Cas9 system has been rapidly adopted for genome editing. However, one major issue with this system is the lack of robust bioinformatics tools for design of single guide RNA (sgRNA), which determines the efficacy and specificity of genome editing. To address this pressing need, we analyze CRISPR RNA-seq data and identify many novel features that are characteristic of highly potent sgRNAs. These features are used to develop a bioinformatics tool for genome-wide design of sgRNAs with improved efficiency. These sgRNAs as well as the design tool are freely accessible via a web server, WU-CRISPR (http://crispr.wustl.edu).

Abstract Pattern recognition receptors sense pathogens in arthropods and mammals through distinct immune processes. Whether these molecules share a similar function and recognize the same microbe in evolutionarily distant species remain ill-defined. Here, we establish that the CD36 superfamily is required for Borrelia burgdorferi resistance in both the arthropod vector and humans. Using the blacklegged tick Ixodes scapularis and an electronic health record-linked biobank, we demonstrate that CD36 members elicit immunity to the Lyme disease spirochete. In ticks, the CD36-like protein Croquemort recognizes lipids and initiates the immune deficiency and jun N-terminal kinase pathways against B. burgdorferi . In humans, exome sequencing and clinical information reveal that individuals with CD36 loss-of-function variants have increased prevalence of Lyme disease. Altogether, we discovered a conserved mechanism of anti-bacterial immunity. One Sentence Summary Lipid receptors belonging to the CD36 superfamily exhibit a shared immune function in both ticks and humans.

Breast cancer progression and metastasis involve the action of multiple transcription factors in tumors and in the cells of the tumor microenvironment (TME) and understanding how these transcription factors are coordinated can guide novel therapeutic strategies. Myocardin related transcription factors A and B (MRTFA/B) are two related transcription factors that redundantly control cancer cell invasion and metastasis in mouse models of breast cancer, but their roles in human cancer are incompletely understood. Here, we used a combination of multiplexed immunofluorescence and bioinformatics analyses to show that MRTFA/B are concurrently activated in tumor cells, but they show distinct patterns of expression across different histological subtypes and in the TME. Importantly, MRTFA expression was elevated in metastatic tumors of African American patients, who disproportionately die from breast cancer. Interestingly, in contrast to publicly available mRNA expression data, MRTFA was similarly expressed across estrogen receptor (ER) positive and negative breast tumors, while MRTFB expression was highest in ER+ breast tumors. Furthermore, MRTFA was specifically expressed in the perivascular antigen presenting cells (APCs) and its expression correlated with the expression of the immune checkpoint protein V-set immunoregulatory receptor (VSIR). These results provide unique insights into how MRTFA and MRTFB can promote metastasis in human cancer, into the racial disparities of their expression patterns, and their function within the complex breast cancer TME.

ABSTRACT Jasmonates (JAs) are phytohormones that finely regulate critical biological processes, including plant development and defense. JASMONATE ZIM-DOMAIN (JAZ) proteins are crucial keeping JA-responsive genes in a repressed state. In the presence of JA-Ile, JAZ repressors are ubiquitinated and targeted for degradation by the ubiquitin/proteasome system, allowing the activation of the downstream transcription factors and, consequently, the activation of JA-responsive genes. A growing body of evidence has shown that JA signalling is crucial in defending against plant viruses and their insect vectors. Here, we describe the interaction of C2 proteins from two geminiviruses from the genus Begomovirus, tomato yellow curl Sardinia virus (TYLCSaV) and tomato yellow leaf curl virus (TYLCV), with the transcriptional repressor JAZ8 from Arabidopsis thaliana and its closest orthologue in tomato, SlJAZ9. Both JAZ and C2 proteins colocalize in the nucleus, forming discrete nuclear speckles. Overexpression of JAZ8 did not lead to altered responses to TYLCV infection; however, knock-down of JAZ8 favours the geminiviral infection in plants. Low levels of JAZ8 likely affect the viral infection specifically since JAZ8 -silenced plants do not display developmental phenotypes nor present differences in their interaction with the viral insect vector. Our results show that JAZ8 interacts with geminiviral C2 proteins and exerts an anti-geminiviral effect.

Humans and mice with mutations in <em>COL4A1</em> and <em>COL4A2</em> manifest hallmarks of cerebral small vessel disease (cSVD), but the pathogenic mechanisms are largely unknown. Mice with a missense mutation in <em>Col4a1</em> at amino acid 1344 (<em>Col4a1 +/G1344D </em>) exhibited age-dependent intracerebral hemorrhage (ICH) and brain lesions. Here we report that this pathology was associated with the loss of myogenic vasoconstriction, an intrinsic vascular response essential for the autoregulation of cerebral blood flow. Electrophysiological analyses showed that the loss of myogenic constriction resulted from blunted pressure-induced smooth muscle cell (SMC) membrane depolarization. Further, we found that dysregulation of membrane potential was associated with impaired Ca 2+ -dependent activation of large-conductance Ca 2+ -activated K + (BK) and transient receptor potential melastatin 4 (TRPM4) cation channels linked to disruptions in sarcoplasmic reticulum (SR) Ca 2+ signaling. Treating <em>Col4a1 +/G1344D </em> mice with 4-phenylbutyrate, a compound that promotes the trafficking of misfolded proteins and alleviates SR stress, restored SR Ca 2+ signaling, BK and TRPM4 channel activity, prevented loss of myogenic tone, and reduced ICH. We conclude that alterations in SR Ca 2+ handling that impair membrane potential regulating ion channel activity result in dysregulation of SMC membrane potential and loss of myogenic tone contributing to age-related cSVD in <em>Col4a1 +/G1344D </em> mice.