Abstract Acetylation of the ε-amino group of lysine (Lys) is a reversible posttranslational modification recently discovered to be widespread, occurring on proteins outside the nucleus, in most subcellular locations in mammalian cells. Almost nothing is known about this modification in plants beyond the well-studied acetylation of histone proteins in the nucleus. Here, we report that Lys acetylation in plants also occurs on organellar and cytosolic proteins. We identified 91 Lys-acetylated sites on 74 proteins of diverse functional classes. Furthermore, our study suggests that Lys acetylation may be an important posttranslational modification in the chloroplast, since four Calvin cycle enzymes were acetylated. The plastid-encoded large subunit of Rubisco stands out because of the large number of acetylated sites occurring at important Lys residues that are involved in Rubisco tertiary structure formation and catalytic function. Using the human recombinant deacetylase sirtuin 3, it was demonstrated that Lys deacetylation significantly affects Rubisco activity as well as the activities of other central metabolic enzymes, such as the Calvin cycle enzyme phosphoglycerate kinase, the glycolytic enzyme glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase, and the tricarboxylic acid cycle enzyme malate dehydrogenase. Our results demonstrate that Lys acetylation also occurs on proteins outside the nucleus in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) and that Lys acetylation could be important in the regulation of key metabolic enzymes.

Missense mutations in the LRRK2 (Leucine-rich repeat protein kinase-2) and VPS35 genes result in autosomal dominant Parkinson's disease. The VPS35 gene encodes for the cargo-binding component of the retromer complex, while LRRK2 modulates vesicular trafficking by phosphorylating a subgroup of Rab proteins. Pathogenic mutations in LRRK2 increase its kinase activity. It is not known how the only thus far described pathogenic VPS35 mutation, [p.D620N] exerts its effects. We reveal that the VPS35[D620N] knock-in mutation strikingly elevates LRRK2-mediated phosphorylation of Rab8A, Rab10, and Rab12 in mouse embryonic fibroblasts. The VPS35[D620N] mutation also increases Rab10 phosphorylation in mouse tissues (the lung, kidney, spleen, and brain). Furthermore, LRRK2-mediated Rab10 phosphorylation is increased in neutrophils as well as monocytes isolated from three Parkinson's patients with a heterozygous VPS35[D620N] mutation compared with healthy donors and idiopathic Parkinson's patients. LRRK2-mediated Rab10 phosphorylation is significantly suppressed by knock-out or knock-down of VPS35 in wild-type, LRRK2[R1441C], or VPS35[D620N] cells. Finally, VPS35[D620N] mutation promotes Rab10 phosphorylation more potently than LRRK2 pathogenic mutations. Available data suggest that Parkinson's patients with VPS35[D620N] develop the disease at a younger age than those with LRRK2 mutations. Our observations indicate that VPS35 controls LRRK2 activity and that the VPS35[D620N] mutation results in a gain of function, potentially causing PD through hyperactivation of the LRRK2 kinase. Our findings suggest that it may be possible to elaborate compounds that target the retromer complex to suppress LRRK2 activity. Moreover, patients with VPS35[D620N] associated Parkinson's might benefit from LRRK2 inhibitor treatment that have entered clinical trials in humans.

Abstract Using high resolution quantitative mass spectrometry, we have generated the most comprehensive human and mouse microglia proteomic datasets to date, consisting of over 11,000 proteins across all six microglia groups. Microglia from different sources share a core protein signature of over 5600 proteins, yet fundamental differences are observed between species and culture conditions, indicating limitations for human disease modelling in mouse or in in vitro cultures of microglia. Mouse ex vivo microglia show important differences at the proteome level such as differential expression of inflammation and Alzheimer’s Disease associated proteins. We identify a tenfold difference in the protein content of ex vivo and in vitro cells and significant proteome differences associated with protein synthesis, metabolism, microglia marker expression and environmental sensors. Culturing microglia induces rapidly increased growth, protein content and inflammatory protein expression. These changes can be restored by engrafting in vitro cells into the brain, with xenografted hESC-derived microglia closely resembling microglia from human brain. This data provides an important resource for the field and highlights important considerations needed when using model systems to study human physiology and pathology of microglia.

Abstract The Immunological Proteome Resource (ImmPRes ; http://immpres.co.uk/ ) is an open access public resource integrating proteomic data generated by large-scale mass-spectrometry analysis of murine hematopoietic populations. The initial focus is T lymphocytes and how their proteomes are shaped by immune activation, environment, and intracellular signalling pathways with an aim to expand it to B cells and innate immune cells. It is a multidisciplinary effort between immunology and mass spectrometry-based labs with the objective to help define an in-depth high-quality map of immune cell proteomes. Maintaining data reproducibility and integrity are a priority within the resource, thus there is an in-depth protocols section explaining in detail the sample processing and the mass spectrometry-based analysis. ImmPRes provides open access to proteomic datasets covering a wide range of murine leukocyte populations with analysis of copy numbers per cell of > 10,000 proteins, enabling new understanding of lymphocyte phenotypes. All data is accessible via a simple graphical interface that supports easy interrogation of the data and options to download data summaries and raw data files.

Abstract Group 2 innate lymphoid cells (ILC2) are functionally poised, tissue-resident lymphocytes that respond rapidly to damage and infection at mucosal barrier sites. ILC2 reside within complex microenvironments where they are subject to cues from the diet, commensal microbiota and invading pathogens – most notably helminths. Emerging evidence suggests ILC2 are acutely sensitive not only to canonical activating signals, but also perturbations in nutrient and metabolite availability. In the context of helminth infection, we identify amino acid availability as a nutritional cue in regulating ILC2 responses. ILC2 were found to be uniquely pre-primed to import amino acids via the large neutral amino acid transporters Slc7a5 and Slc7a8 . Cell-intrinsic deletion of these transporters impaired ILC2 expansion, but not cytokine production, in part via tuning of mTOR activation. These findings implicate the import of amino acids as a metabolic requisite for optimal ILC2 responses, and further highlight nutritional cues as critical regulators of innate immune responses within mucosal barrier tissues.

Abstract During B cell maturation, transitional and mature B cells acquire cell-intrinsic features that determine their ability to exit quiescence and mount effective immune responses. We used label-free mass spectrometry to quantify the proteome of B cell subsets from the mouse spleen and map the differential expression of environmental sensing, transcription- and translation initiation-factors that define cellular identity and function. By comparing the full-length transcriptome and proteome within the same sample, we identified mRNAs linked to B cell activation and antibody secretion that are expressed without detectable protein. These “poised” mRNAs might enable rapid protein production through increased translation or protein stability. In addition, through interrogation of our proteomic dataset, we found that the translational repressor PDCD4 restrains the response of marginal zone B cells to a T-independent antigen. Our molecular characterization of B cell maturation is a valuable resource to further explore the mechanisms underpinning the specialised functions of B cell subsets.

Mutations in Leucine-Rich Repeat protein Kinase 2 (LRRK2) are associated with Parkinson's Disease (PD) and Crohn's Disease (CD), but the regulation of LRRK2 during inflammation remains relatively unexplored. Here we developed a flow cytometry-based assay to assess LRRK2 activity in individual cells and created EGFP-LRRK2-knock-in reporter mouse to analyse cell-specific LRRK2 expression. Using these tools, we catalogued LRRK2 level and activity in splenic and intestinal tissues. Inflammation increased LRRK2 expression and activity in B-cells, immature neutrophils and immature monocytes, but decreased these in dendritic cells and eosinophils. In mature neutrophils, inflammation stimulated LRRK2 activity but reduced EGFP-LRRK2 level. A kinase-activating PD-associated R1441C-LRRK2 mutation exacerbated inflammation-induced activation of LRRK2 specifically in monocytes and macrophages without affecting LRRK2 levels. Finally, we identified IL-4 as a novel factor that upregulated LRRK2 expression and activity in B-cells in vitro, replicating the inflammatory effects observed in vivo. Our findings provide valuable new insights into the regulation of the LRRK2 pathway in immune cells, crucial for understanding LRRK2 and its therapeutic potential in inflammatory diseases such as CD.

Cortical layer 5 (L5) intratelencephalic (IT) and pyramidal tract (PT) neurons are embedded in distinct information processing pathways. Their morphology, connectivity, electrophysiological properties, and role in behavior have been extensively analyzed. However, the molecular composition of their synapses remains largely uncharacterized. Here, we dissect the protein composition of the excitatory postsynaptic compartment of mouse L5 neurons in intact somatosensory circuits, using an optimized proximity biotinylation workflow with high spatial accuracy. We find distinct synaptic signatures of L5 IT and PT neurons that are defined by proteins regulating synaptic organization and transmission, including cell-surface proteins (CSPs), neurotransmitter receptors and ion channels. In addition, we find a differential vulnerability to disease, with a marked enrichment of autism risk genes in the synaptic signature of L5 IT neurons compared to PT neurons. These results align with human studies and suggest that the excitatory postsynaptic compartment of L5 IT neurons is susceptible in autism. Our approach is versatile and can be broadly applied to other neuron types to create a protein-based, synaptic atlas of cortical circuits. Authors use proximity proteomics to dissect the protein composition of the excitatory postsynaptic compartment of mouse L5 neurons in intact somatosensory circuits, reporting distinct synaptic signatures and differential disease vulnerabilities.

Summary Using high resolution quantitative mass spectrometry, we have explored how immune activation and the metabolic checkpoint kinase mTORC1 (mammalian target of rapamycin complex 1) regulate the proteome of B lymphocytes. B cell activation via the B cell receptor, CD40 and the IL-4 receptor induced considerable re-modelling of the B cell protein landscape, with a 5-fold increase in total cellular protein mass within 24 hours of activation. Analysis of copy numbers per cell of >7,500 proteins revealed increases in the metabolic machinery that supports B cell activation and nutrient and amino acid transporters that fuel B cell biosynthetic capacity. We reveal that mTORC1 controls activation-induced cell growth and B cell proteome remodelling and inhibiting mTORC1 impairs the expression of amino acid transporters that fuel B cell protein production. We also show that mTORC1 activity regulates the expression of the transcription factor MYC and the transferrin receptor CD71. Blocking MYC activity phenocopied mTORC1 inhibition in many ways including impaired CD71 expression, while limiting iron availability during B cell activation impaired B cell growth and protein synthesis. This work provides a detailed map of naïve and immune activated B cell proteomes and a greater understanding of the cellular machinery that direct B cell phenotypes. This work also provides new insights into the role of mTORC1, MYC and iron in regulating activation-induced proteome remodelling and protein production in B cells.