Abstract Candida auris is a recently described multidrug-resistant pathogenic fungus that is increasingly responsible for healthcare associated outbreaks across the world. Bloodstream infections of this fungus cause death in up to 70% of the cases. Aggravating this scenario, C. auris’ disease-promoting mechanisms are poorly understood. Fungi release extracellular vesicles (EVs) carrying a broad range of molecules including proteins, lipids, carbohydrates, pigments, and RNA, many of which are virulence factors. Here, we carried out a comparative molecular characterization of C. auris and C. albicans EVs and evaluated their capacity to modulate effector mechanisms of host immune defense. Using proteomics, lipidomics, and transcriptomics, we found that C. auris released EVs with payloads that were strikingly different from EVs released by C. albicans . EVs released by C. auris potentiated the adhesion of this yeast to an epithelial cell monolayer. C. auris EVs also induced the expression of surface activation markers and cytokines by bone marrow-derived dendritic cells. Altogether, our findings show distinct profiles and properties of EVs released by C. auris and by C. albicans, and highlight the potential contribution of C. auris EVs to the pathogenesis of this emerging pathogen.

Abstract Extracellular vesicles (EVs) play important roles in cell-to-cell communication and are potential biomarkers as they carry markers of their derived tissues and disease signatures. However, obtaining pure EV preparations from biofluids is challenging due to contaminants with similar physicochemical properties. Here, we performed a meta-analysis of plasma EV proteomics data deposited in public repositories to refine the protein composition of EVs and investigate potential roles in type 1 diabetes development. With the concept that each purification method yields different proportions of distinct contaminants, we grouped proteins into clusters based on their abundance profiles. This allowed us to separate clusters with classical EV markers, such as CD9, CD40, C63 and CD81, from clusters of well-known contaminants, such as serum albumin, apolipoproteins and components of the complement and coagulation pathways. Two clusters containing a total of 1720 proteins combined were enriched with EV markers and depleted in common contaminants; therefore, they were considered to contain bona fide EV components. As possible origins of plasma EVs, these clusters had markers of tissues such as spleen, liver, brain, lungs, pancreas, and blood/immune cells. These clusters were also enriched in cell surface markers CD antigens, and proteins from cell-to-cell communication and signaling pathways, such as chemokine signaling and antigen presentation. We also show that the EV component and type 1 diabetes biomarker, platelet basic protein (PPBP/CXCL7) regulates apoptosis in both beta and macrophage cell lines. Overall, our meta-analysis refined the composition of plasma EVs, reinforcing a primary function as messengers for cell-to-cell communication and signaling. Furthermore, this analysis identifies optimal avenues to target EVs for development of disease biomarkers.

ABSTRACT Candida auris has emerged as a serious worldwide threat by causing invasive infections in humans that are frequently resistant to one or more conventional antifungal medications, resulting in high mortality rates. Against this backdrop, health warnings around the world have focused efforts on understanding C. auris fungal biology and effective treatment approaches to combat this fungus. To date, there is little information about C. auris gene expression regulation in response to antifungal treatment. Our integrated analyses focused on the comparative transcriptomics of C. auris in the presence and absence of caspofungin as well as a detailed analysis of the yeast’s extracellular vesicle (EV)-RNA composition. The results showed that genes coding oxidative stress response, ribosomal proteins, cell wall, and cell cycle were significantly upregulated in the presence of caspofungin, whereas transcriptional regulators and proteins related to the nucleus were downregulated. The mRNAs in the EVs were associated with stress responses induced by caspofungin and the ncRNA content of the EVs shifted during caspofungin treatment. Altogether, the results provide further insights into the fungal response to caspofungin and demonstrate that analyses of C. auris growth under antifungal stress can elucidate resistance and survival mechanisms of this fungus in response to medical therapy.

Abstract Cryptococcus neoformans is an encapsulated yeast that causes disease mainly in immunosuppressed hosts. It is considered a facultative intracellular pathogen because of its capacity to survive and replicate inside phagocytes, especially macrophages. This capacity is heavily dependent on various virulence factors, particularly the glucuronoxylomannan (GXM) component of the polysaccharide capsule, that render the non- or poorly-activated macrophage ineffective against phagocytosed yeast. Strategies utilized by macrophages to prevent this scenario include pyroptosis (a rapid highly inflammatory cell death) and vomocytosis (the expulsion of the pathogen from the intracellular environment without lysis). Inflammasome activation in phagocytes is usually protective against fungal infections, including cryptococcosis. Nevertheless, recognition of C. neoformans by inflammasome receptors requires specific changes in morphology or the opsonization of the yeast, impairing a proper inflammasome function. In this context, we analyzed the impact of molecules secreted by C. neoformans B3501 strain and its acapsular mutant Δcap67 in an inflammasome activation in vitro model. Our results showed that conditioned media derived from B3501 was capable of inhibiting inflammasome dependent events (i. e. IL-1β secretion and LDH release via pyroptosis) more strongly than conditioned media from Δcap67 , regardless of GXM presence. We also demonstrated that macrophages treated with conditioned media were less responsive against infection with the virulent strain H99, exhibiting lower rates of phagocytosis, increased fungal burdens and enhanced vomocytosis. Moreover, we showed that the aromatic metabolite DL-Indole-3-lactic acid (ILA) was present in B3501’s conditioned media and that this fungal metabolite is involved in the regulation of inflammasome activation by C. neoformans . Overall, the results presented show that conditioned media from a wild-type strain can inhibit an important recognition pathway and subsequent fungicidal functions of macrophages, contributing to fungal survival in vitro and suggesting that this serves as an important role for secreted molecules during cryptococcal infections. Author’s Summary Cryptococcus neoformans is the agent of cryptococcal meningitis, a disease that can be life-threatening in immunocompromised hosts such as those infected with HIV. The infection thrives in hosts that poorly activate their immune system, mainly because of the yeast’s ability to survive inside macrophages and migrate towards the central nervous system. Emerging data indicate that cryptococci modulate the host immune response, but the underlying mechanisms remain largely uncharacterized. Here we show that secreted molecules from a wild-type strain of C. neoformans impair inflammatory responses driven by inflammasome activation, which in turn impact the macrophage antifungal activity. We further show that this inhibition does not involve GXM, the main constituent of the fungal capsule, but rather is partially dependent on DL-Indole-3-lactic acid (ILA), a metabolite not previously implicated in fungal virulence.

Abstract A major challenge in synthetic biology is properly balancing evolved and engineered functions without compromising microbial fitness. Many microbial proteins are not required for growth in regular laboratory conditions, but it is unclear what fraction of the proteome can be eliminated to increase bioproduction and maintain fitness. Here, we investigated the effects of massive genome reduction in E. coli on the expression level and evolutionary stability of a model biosynthetic pathway to produce the pigment protodeoxyviolacein (PDV). We identified an amino acid metabolism imbalance and compromised growth that were correlated with elimination of genes associated with significant proteome fraction. Proteomic profiling suggested that increased amino acid pools are responsible for an alleviation of fitness defects associated with PDV expression. In addition, all strains with genome reductions that significantly affected the proteome exhibited decreased stability of PDV production compared to the wild-type strain under persistent PDV expression conditions despite the alleviation of fitness defects. These findings exhibit the importance of balancing evolved functions with engineered ones to achieve an optimal balance of fitness and bioproduction.

Early stages of type 1 diabetes (T1D) are characterized by local autoimmune inflammation and progressive loss of insulin-producing pancreatic β cells. We show here that exposure to pro-inflammatory cytokines unmasks a marked plasticity of the β-cell regulatory landscape. We expand the repertoire of human islet regulatory elements by mapping stimulus-responsive enhancers linked to changes in the β-cell transcriptome, proteome and 3D chromatin structure. Our data indicates that the β cell response to cytokines is mediated by the induction of novel regulatory regions as well as the activation of primed regulatory elements pre-bound by islet-specific transcription factors. We found that T1D-associated loci are enriched of the newly mapped cis-regulatory regions and identify T1D-associated variants disrupting cytokine-responsive enhancer activity in human β cells. Our study illustrates how β cells respond to a pro-inflammatory environment and implicate a role for stimulus-response islet enhancers in T1D.

The fundamental task in proteomic mass spectrometry is identifying peptides from their observed spectra. Where protein sequences are known, standard algorithms utilize these to narrow the list of peptide candidates. If protein sequences are unknown, a distinct class of algorithms must interpret spectra de novo. Despite decades of effort on algorithmic constructs and machine learning methods, de novo software tools remain inaccurate when used on environmentally diverse samples. Here we train a deep neural network on 5 million spectra from 55 phylogenetically diverse bacteria. This new model outperforms current methods by 25-100%. The diversity of organisms used for training also improves the generality of the model, and ensures reliable performance regardless of where the sample comes from. Significantly, it also achieves a high accuracy in long peptides which assist in identifying taxa from samples of unknown origin. With the new tool, called Kaiko, we analyze proteomics data from six natural soil isolates for which a proteome database did not exist. Without any sequence information, we correctly identify the taxonomy of these soil microbes as well as annotate thousands of peptide spectra.

Candida auris is a recently described pathogenic fungus that is causing invasive outbreaks on all continents. The fungus is of high concern given the numbers of multidrug-resistant strains that have been isolated in distinct sites across the globe. The fact that its diagnosis is still problematic suggests that the spreading of the pathogen remains underestimated. Notably, the molecular mechanisms of virulence and antifungal resistance employed by this new species are largely unknown. In the present work, we compared two clinical isolates of C. auris with distinct drug susceptibility profiles and a Candida albicans reference strain using a multi-omics approach. Our results show that, despite the distinct drug-resistance profile, both C. auris strains appear to be very similar, albeit with a few notable differences. However, when compared to C. albicans both C. auris strains have major differences regarding their carbon utilization and downstream lipid and protein content, suggesting a multi-factorial mechanism of drug resistance. The molecular profile displayed by C. auris helps to explain the antifungal resistance and virulence phenotypes of this new emerging pathogen.

Abstract Lysine and arginine methylation is an important regulator of enzyme activity and transcription in eukaryotes. However, little is known about this covalent modification in bacteria. In this work, we investigated the role of methylation in bacteria. By reanalyzing a large phyloproteomics dataset from 48 bacterial strains representing 6 phyla, we found that almost a quarter of the bacterial proteome is methylated. Many of these methylated proteins are conserved across diverse bacterial lineages, including those involved in central carbon metabolism and translation. Among the proteins with the most conserved methylation sites is ribosomal protein L11 (bL11). bL11 methylation has been a mystery for five decades, as the deletion of its methyltransferase PrmA causes no cell growth defects. A comparative proteomics analysis combined with a guanosine polyphosphate assay of the Δ prmA mutant in Escherichia coli revealed that bL11 methylation is important for stringent response signaling. Moreover, we show that the Δ prmA mutant has an abnormal polysome profile, suggesting a role in ribosomal homeostasis during stationary growth phase. Overall, our investigation demonstrates that the evolutionary conserved bL11 methylation is important for stringent response signaling and ribosomal homeostasis. Importance Protein methylation in bacteria was first identified over sixty years ago. Since then, its functional role has been identified for only a few proteins. To better understand the functional role of methylation in bacteria, we analyzed a large phyloproteomics dataset encompassing 48 diverse bacteria. Our analysis revealed that ribosomal proteins are often methylated at conserved residues, suggesting that methylation of these sites may have a functional role in translation. Further analysis revealed that methylation of ribosomal protein L11 is important for stringent response signaling and ribosomal homeostasis.

Prevention or delay of autoimmune type 1 diabetes (T1D) onset is possible if molecular triggering events can be pharmacologically targeted. The integrated stress response (ISR) is activated during cellular stress to temporarily halt protein production and redirect energy towards cellular survival. We hypothesized that activity of the ISR in the insulin-producing β cell during T1D becomes maladaptive and renders the cell prone to autoimmunity. We show that suppression of the ISR by using a novel inhibitor of the kinase PERK reverses the translation initiation block in stressed human islets and delays the onset of diabetes, reduces islet inflammation, and preserves β cell mass in T1D-susceptible mice. Single cell RNA sequencing of islets from PERK-inhibited mice shows reductions in the unfolded protein response and PERK signaling pathways as well as alterations in antigen processing and presentation pathways in β cells. Spatial proteomics analysis of islets from these mice show a post-transcriptional increase in the immune checkpoint protein PD-L1 in β cells. Golgi membrane protein 1, whose levels increase following ISR inhibition in human islets and EndoC-βH1 human β cells, interacts with and post-transcriptionally stabilizes PD-L1. Collectively, our studies show that the ISR, mediated by PERK, enhances β cell immunogenicity, and inhibition of PERK may offer a strategy to prevent or delay the development of T1D.