Abstract Lipid changes in the brain have been implicated in many neurodegenerative diseases including Alzheimer’s Disease (AD), Parkinson’s disease and Amyotrophic Lateral Sclerosis. To facilitate comparative lipidomic research across brain-diseases we established a data commons named the Neurolipid Atlas, that we have pre-populated with novel human, mouse and isogenic induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived lipidomics data for different brain diseases. We show that iPSC-derived neurons, microglia and astrocytes display distinct lipid profiles that recapitulate in vivo lipotypes. Leveraging multiple datasets, we show that the AD risk gene ApoE4 drives cholesterol ester (CE) accumulation in human astrocytes recapitulating CE accumulation measured in the human AD brain. Multi-omic interrogation of iPSC-derived astrocytes revealed that cholesterol plays a major role in astrocyte interferon-dependent pathways such as the immunoproteasome and major histocompatibility complex (MHC) class I antigen presentation. We show that through enhanced cholesterol esterification ApoE4 suppresses immune activation of astrocytes. Our novel data commons, available at neurolipidatlas.com, provides a user-friendly tool and knowledge base for a better understanding of lipid dyshomeostasis in neurodegenerative diseases.

Abstract We report a conserved transcriptomic signature of reduced fatty acid and lipid metabolism gene expression in human post-mortem ALS spinal cord and a Drosophila model of the most common genetic cause of FTD/ALS, a repeat expansion in C9orf72 . To investigate lipid alterations, we performed lipidomics on C9FTD/ALS iPSC-neurons and post-mortem FTLD brain tissue. This revealed a common and specific reduction in phospholipid species containing polyunsaturated fatty acids (PUFAs). To determine whether this PUFA deficit contributes to neurodegeneration, we fed C9FTD/ALS flies PUFAs, which yielded a modest increase in survival. However, increasing PUFA levels specifically in neurons of the C9orf72 flies, by overexpressing fatty acid desaturase enzymes, led to a substantial extension of lifespan. Neuronal overexpression of fatty acid desaturases also suppressed stressor induced neuronal death in C9FTD/ALS patient iPSC-neurons. These data implicate neuronal fatty acid saturation in the pathogenesis of FTD/ALS and suggest that interventions to increase PUFA levels specifically within neurons will be beneficial.

Abstract Infections and vaccinations can induce long-term enhanced responses of innate immune cells to heterologous stimuli, establishing a de facto innate immunological memory termed trained immunity . Monocytes exposed to the Bacillus Calmette-Guérin (BCG) vaccine, have a trained immunity phenotype, characterized by an increased biosynthesis of different lipid mediators (LMs) derived from long-chain polyunsaturated fatty acids (PUFAs). Pharmacological and genetic approaches showed that long-chain PUFA synthesis and lipoxygenase (LOX)-derived LMs are crucial for the BCG trained immunity responses of human monocytes. Furthermore, monocytes of healthy individuals vaccinated with BCG are enriched in 12-LOX products. The elucidation of the lipid metabolic pathways that promote innate immune memory contributes to our understanding of trained immunity and may help identify therapeutic tools and targets for the modulation of innate immune responses.

Abstract Omics technologies including genomics, proteomics, metabolomics, and lipidomics allow profound insights into health and disease. Thanks to plummeting costs of continuously evolving omics analytical platforms, research centers collect multi-omics data more routinely. They are, however, confronted with the lack of a versatile software solution to harmoniously analyze single-omics data and merge and interpret multi-omics data. We have developed iSODA, an interactive web-based application for the analysis of single-as well as multi-omics omics data. The software tool emphasizes intuitive, interactive visualizations designed for user-driven data exploration. Researchers can filter and normalize their datasets and access a variety of functions ranging from simple data visualization like volcano plots and PCA, to advanced functional analyses like enrichment analysis for proteomics and saturation analysis for lipidomics. For insights from integrated multi-omics, iSODA incorporates Multi-Omics Factor Analysis – MOFA, and Similarity Network Fusion – SNF. All results are presented in interactive plots with the possibility of downloading plots and associated data. The ability to adapt the imported data on-the-fly allows for tasks such as removal of outlier samples or failed features, various imputation strategies, or data normalization. The modular design allows for extensions with new analyses and plots. The software is accessible under http://isoda.online/ . Abstract Figure Graphical summary for iSODA showcasing some application examples, the data import, the single-omics and multi-omics modules.

ABSTRACT Fc gamma receptors (FcγR) translate antigen-recognition by immunoglobulin G (IgG) into various immune responses. A better understanding of this key element of immunity promises novel insights into mechanisms of (auto-/allo-)immune diseases and more rationally designed antibody-based drugs. Glycosylation on both IgG and FcγR impacts their interaction dramatically. In this study, we developed a straightforward and comprehensive analytical methodology to map FcγRIIIb glycosylation from primary human material. In contrast to recently published alternatives, we assessed all glycosylation sites in a single LC-MS/MS run and simultaneously determined the donor allotype. Studying FcγRIIIb derived from healthy donor neutrophils, we observed profound differences as compared to the soluble variant and the homologous FcγRIIIa on natural killer cells. This method will allow assessment of FcγRIII glycosylation differences between individuals, cell types, subcellular locations and pathophysiological conditions.

ABSTRACT Phosphorylation is a post-translational modification that can affect both house-keeping functions and virulence characteristics in bacterial pathogens. In the Gram-positive enteropathogen Clostridioides difficile the extent and nature of phosphorylation events is poorly characterized, though a protein-kinase mutant strain demonstrates pleiotropic phenotypes. Here, we used an immobilized metal affinity chromatography strategy to characterize serine, threonine and tyrosine phosphorylation in C. difficile . We find limited protein phosphorylation in the exponential growth phase but a sharp increase in the number of phosphopeptides after the onset of stationary growth phase. Among the overall more than 1500 phosphosites, our approach identifies expected targets and phosphorylation sites, including the protein kinase PrkC, the anti-sigma-F factor antagonist (SpoIIAA), the anti-sigma-B factor antagonist (RsbV) and HPr kinase/phosphorylase (HprK). Analysis of high-confidence phosphosites shows that phosphorylation on serine residues is most common, followed by threonine and tyrosine phosphorylation. This work forms the basis for a further investigation into the contributions of individual kinases to the overall phosphoproteome of C. difficile and the role of phosphorylation in C. difficile physiology and pathogenesis. Importance In this manuscript, we present a comprehensive analysis of protein phosphorylation in the Gram-positive enteropathogen Clostridioides difficile . To date, only limited evidence on the role of phosphorylation in regulation in this organism has been published; the current study is expected to form the basis for research on this post-translational modification in C. difficile .