Abstract Mutations in SPG11 , encoding spatacsin, constitute the major cause of autosomal recessive Hereditary Spastic Paraplegia (HSP) with thinning of the corpus callosum. Previous studies showed that spatacsin orchestrates cellular traffic events through the formation of a coat-like complex and its loss of function results in lysosomal and axonal transport impairments. However, the upstream mechanisms that regulate spatacsin trafficking are unknown. Here, using proteomics and CRISPR/Cas9-mediated tagging of endogenous spatacsin, we identified a subset of 14-3-3 proteins as physiological interactors of spatacsin. The interaction is modulated by Protein Kinase A (PKA)-dependent phosphorylation of spatacsin at Ser1955, which initiates spatacsin trafficking from the plasma membrane to the intracellular space. Our study provides novel insight in understanding spatacsin physio-pathological roles with mechanistic dissection of its associated pathways.

Flavodiiron proteins (FLVs) catalyze the reduction of oxygen to water by using electrons from Photosystem I (PSI). In several photosynthetic organisms such as cyanobacteria, green algae, mosses and gymnosperms, FLV-dependent electron flow protects PSI from over-reduction and consequent damage especially under fluctuating light conditions. In this work we investigated biochemical and structural properties of FLVA and FLVB from the model moss Physcomitrium patens. The two proteins, expressed and purified from Escherichia coli, bind both iron and flavin cofactors and show NAD(P)H oxidase activity as well as oxygen reductase capacities. Moreover, the co-expression of both FLVA and FLVB, coupled to a tandem affinity purification procedure with two different affinity tags, enabled the isolation of the stable and catalytically active FLVA/B hetero tetrameric protein complex with cooperative nature. The multimeric organization was shown to be stabilized by inter-subunit disulfide bonds. This investigation provides valuable new information on the biochemical properties of FLVs, with new insights into their in vivo activity.

Kv1.3 is a multifunctional potassium channel implicated in multiple pathologies, including cancer. However, how it is involved in disease progression is not fully clear. We interrogated the interactome of Kv1.3 in intact cells using BioID proximity labeling, revealing that Kv1.3 interacts with STAT3– and p53–linked pathways. To prove the relevance of Kv1.3 and of its interactome in the context of tumorigenesis, we generated stable melanoma clones, in which ablation of Kv1.3 remodeled gene expression, reduced proliferation and colony formation, yielded fourfold smaller tumors, and decreased metastasis in vivo in comparison to WT cells. Kv1.3 deletion or pharmacological inhibition of mitochondrial Kv1.3 increased mitochondrial Reactive Oxygen Species release, decreased STAT3 phosphorylation, stabilized the p53 tumor suppressor, promoted metabolic switch, and altered the expression of several BioID-identified Kv1.3-networking proteins in tumor tissues. Collectively, our work revealed the tumor-promoting Kv1.3-interactome landscape, thus opening the way to target Kv1.3 not only as an ion-conducting entity but also as a signaling hub.

Abstract Flavodiiron proteins (FLVs) catalyze the reduction of oxygen to water by exploiting electrons from Photosystem I (PSI). In several photosynthetic organisms such as cyanobacteria, green algae, mosses and gymnosperms, FLV-dependent electron flow protects PSI from over-reduction and consequent damage especially under fluctuating light conditions. In this work we investigated biochemical and structural properties of FLVA and FLVB from the model moss Physcomitrium patens . The two proteins, expressed and purified from Escherichia coli , bind both iron and flavin cofactors and show NAD(P)H oxidase activity as well as oxygen reductase capacities. Moreover, the co-expression of both FLVA and FLVB, coupled to a tandem affinity purification procedure with two different affinity tags, enabled the isolation of the stable and catalytically active FLVA/B hetero multimer protein complex, that has never been isolated and characterized so far. The multimeric organization was shown to be stabilized by inter-subunit disulfide bonds. This investigation provides valuable new information on the biochemical properties of FLVs, with new insights into their in vivo role and regulation.

Abstract Antimicrobial resistance represents a major threat to human health and Pseudomonas aeruginosa stands out among the pathogens responsible for this emergency. The SOS response to DNA damage plays a pivotal role in bacterial evolution, driving the development of resistance mechanisms and influencing the adaptability of bacterial populations to challenging environments, particularly in the context of antibiotic exposure. Recombinase A (RecA) and the transcriptional repressor LexA are the key players that orchestrate this process, determining either the silencing or the active transcription of the genes under their control. By integrating state-of-the-art structural approaches with binding and functional assays in vitro , we elucidated the molecular events governing the SOS response activation in P. aeruginosa , focusing on the RecA-LexA interaction. Our findings identify the conserved determinants and strength of the interactions that let RecA trigger the autocleavage and inactivation of the LexA repressor. These results provide the groundwork for designing novel antimicrobial strategies and for exploring the potential translation of Escherichia coli -derived approaches, to address the health-threatening implications of bacterial infections. Graphical Abstract

Macrocyclic peptides provide an attractive modality for drug development due to their ability to bind challenging targes, their small size, and amenability to powerful in vitro evolution techniques such as phage or mRNA display. While these technologies proved capable of generating and screening extremely large libraries and yielded ligands to already many targets, they often do not identify the best binders within a library due to the difficulty of monitoring performance and controlling selection pressure. Furthermore, only a small number of enriched ligands can typically be characterised due to the need of chemical peptide synthesis and purification prior to characterisation. In this work, we address these limitations by developing a yeast display-based strategy for the generation, screening and characterisation of structurally highly diverse disulfide-cyclised peptides. Analysis and sorting by quantitative flow cytometry enabled monitoring the performance of millions of individual macrocyclic peptides during the screening process and allowed us identifying macrocyclic peptide ligands with affinities in the low micromolar to high picomolar range against five highly diverse protein targets. X-ray analysis of a selected ligand in complex with its target revealed optimal shape complementarity, large interaction surface, constrained peptide backbones and multiple inter- and intra-molecular interactions, rationalising the high affinity and exquisite selectivity. The novel technology described here offers a facile, quantitative and cost-effective alternative to rapidly and efficiently generate and characterise fully genetically encoded macrocycle peptide ligands with sufficiently good binding properties to even therapeutically relevant targets.

Bacterial resistance has become a worldwide concern, particularly after the emergence of resistant strains overproducing carbapenemases. Among these, the KPC-2 carbapenemase represents a significant clinical challenge, being characterized by a broad substrate spectrum that includes aminothiazoleoxime and cephalosporins such as cefotaxime. Moreover, strains harboring KPC-type β-lactamases are often reported as resistant to available β-lactamase inhibitors (clavulanic acid, tazobactam and sulbactam). Therefore, the identification of novel non β-lactam KPC-2 inhibitors is strongly necessary to maintain treatment options. This study explored novel, non-covalent inhibitors active against KPC-2, as putative hit candidates. We performed a structure-based in silico screening of commercially available compounds for non-β-lactam KPC-2 inhibitors. Thirty-two commercially available high-scoring, fragment-like hits were selected for in vitro validation and their activity and mechanism of action vs the target was experimentally evaluated using recombinant KPC-2. N-(3-(1H-tetrazol-5-yl)phenyl)-3-fluorobenzamide (11a), in light of its ligand efficiency (LE = 0.28 kcal/mol/non-hydrogen atom) and chemistry, was selected as hit to be directed to chemical optimization to improve potency vs the enzyme and explore structural requirement for inhibition in KPC-2 binding site. Further, the compounds were evaluated against clinical strains overexpressing KPC-2 and the most promising compound reduced the MIC of the β-lactam antibiotic meropenem by four fold.

Abstract Selective removal of dysfunctional mitochondria via autophagy is crucial for the maintenance of cellular homeostasis. This event is initiated by the translocation of the E3 ubiquitin ligase Parkin to damaged mitochondria, and it requires the Serine/Threonine-protein kinase PINK1. In a coordinated set of events, PINK1 operates upstream of Parkin in a linear pathway that leads to the phosphorylation of Parkin, Ubiquitin, and Parkin mitochondrial substrates, to promote ubiquitination of outer mitochondrial membrane proteins. Ubiquitin decorated mitochondria are selectively recruiting autophagy receptors,which are required to terminate the organelle via autophagy. In this work we show a previously uncharacterized molecular pathway that correlates the activation of the Ca 2+ -dependent phosphatase Calcineurin to Parkin-dependent mitophagy. Calcineurin downregulation or genetic inhibition prevents Parkin translocation to CCCP-treated mitochondria, and impairs stress-induced mitophagy, whereas Calcineurin activation promotes Parkin mitochondrial recruitment and basal mitophagy. Calcineurin interacts with Parkin, and promotes Parkin translocation in the absence of PINK1, but requires PINK1 expression to execute mitophagy in MEF cells. Genetic activation of Calcineurin in vivo boosts basal mitophagy in neurons, and corrects locomotor dysfunction and mitochondrial respiratory defects of a Drosophila model of impaired mitochondrial functions. Our study identifies Calcineurin as a novel key player in the regulation of Parkin translocation and mitophagy.