A newly synthesized secretory protein quality control pathway is activated by direct binding of misfolded proteins to a sensor in the endoplasmic reticulum.

The protein α-synuclein has a central role in Parkinson disease, but the mechanism by which it contributes to neural degeneration remains unknown. We now show that the expression of α-synuclein in mammalian cells, including neurons in vitro and in vivo, causes the fragmentation of mitochondria. The effect is specific for synuclein, with more fragmentation by α- than β- or γ-isoforms, and it is not accompanied by changes in the morphology of other organelles or in mitochondrial membrane potential. However, mitochondrial fragmentation is eventually followed by a decline in respiration and neuronal death. The fragmentation does not require the mitochondrial fission protein Drp1 and involves a direct interaction of synuclein with mitochondrial membranes. In vitro, synuclein fragments artificial membranes containing the mitochondrial lipid cardiolipin, and this effect is specific for the small oligomeric forms of synuclein. α-Synuclein thus exerts a primary and direct effect on the morphology of an organelle long implicated in the pathogenesis of Parkinson disease.

Peroxisomes are membrane-bound organelles harboring metabolic enzymes. In humans, peroxisomes are required for normal development, yet the genes regulating peroxisome function remain unclear. We performed a genome-wide CRISPRi screen to identify novel factors involved in peroxisomal homeostasis. We found that inhibition of RNF146, an E3 ligase activated by poly(ADP-ribose), reduced the import of proteins into peroxisomes. RNF146-mediated loss of peroxisome import depended on the stabilization and activity of the poly(ADP-ribose) polymerases TNKS and TNKS2, which bind the peroxisomal membrane protein PEX14. We propose that RNF146 and TNKS/2 regulate peroxisome import efficiency by PARsylation of proteins at the peroxisome membrane. Interestingly, we found that the loss of peroxisomes increased TNKS/2 and RNF146-dependent degradation of non-peroxisomal substrates, including the β-catenin destruction complex component AXIN1, which was sufficient to alter the amplitude of β-catenin transcription. Together, these observations not only suggest previously undescribed roles for RNF146 in peroxisomal regulation but also a novel role in bridging peroxisome function with Wnt/β-catenin signaling during development.

Abstract Co-introduction of targeted nucleases and DNA/RNA templates encoding new genomic sequence is the basis for rapid, effective, and iterable gene editing workflows for therapeutic, agricultural, and basic science applications. Extensive optimization of reagent delivery and nuclease activity have improved genome editing workflows, but comparatively few efforts have been made to alter the gene editing activity of template molecules. Here, we report template DNA modified with interstrand crosslinks (ICLs) – xHDRTs - increases editing frequencies in Cas9-directed gene editing workflows by up to five-fold. xHDRTs increase gene editing frequencies independent of DNA template topology, amount of sequence added, or cell type. Gene editing using xHDRTs requires the DNA repair kinase, ATR, and partially requires Fanconi Anemia proteins, including FANCA, but is independent of other ICL-repair pathways. Covalent modification of donor DNA thus presents a compelling opportunity to improve nonviral gene editing workflows.

The Endoplasmic Reticulum (ER)-resident HSP70 chaperone BiP (HSPA5) plays a crucial role in maintaining and restoring protein folding homeostasis in the ER. BiP function is often dysregulated in cancer and virus-infected cells, conferring pro-oncogenic and pro-viral advantages. We explored BiP functions during infection by the Kaposi9s sarcoma-associated herpesvirus (KSHV), an oncogenic gamma-herpesvirus associated with cancers of immunocompromised patients. Our findings reveal that BiP protein levels are upregulated in infected epithelial cells during the lytic phase of KSHV infection. This upregulation occurs independently of the unfolded protein response (UPR), a major signaling pathway that regulates BiP availability. Genetic and pharmacological inhibition of BiP halts KSHV viral replication and reduces the proliferation and survival of KSHV-infected cells. Notably, inhibition of BiP limits the spread of other alpha- and beta-herpesviruses and poxviruses with minimal toxicity for normal cells. Our work suggests that BiP is a potential target for developing broad-spectrum antiviral therapies against double-stranded DNA viruses and a promising candidate for therapeutic intervention in KSHV-related malignancies.

Abstract Peroxisomes are membrane-bound organelles harboring metabolic enzymes. In humans, peroxisomes are required for normal development, yet the genes regulating peroxisome function remain unclear. We performed a genome-wide CRISPRi screen to identify novel factors involved in peroxisomal homeostasis. We found that inhibition of RNF146, an E3 ligase activated by poly(ADP-ribose), reduced the import of proteins into peroxisomes. RNF146-mediated loss of peroxisome import depended on the stabilization and activity of the poly(ADP-ribose) polymerase tankyrase, which binds the peroxisomal membrane protein PEX14. We propose that RNF146 and tankyrase regulate peroxisome import efficiency by PARsylation of proteins at the peroxisome membrane. Interestingly, we found that the loss of peroxisomes increased tankyrase and RNF146-dependent degradation of non-peroxisomal substrates, including the beta-catenin destruction complex component AXIN1, which was sufficient to alter the amplitude of beta-catenin transcription. Together, these observations not only suggest previously undescribed roles for RNF146 in peroxisomal regulation, but also a novel role in bridging peroxisome function with Wnt/beta-catenin signaling during development.

The heterohexameric AAA-ATPase Pex1/Pex6 is essential for the formation and maintenance of peroxisomes. Pex1/Pex6, similar to other AAA-ATPases, uses the energy from ATP hydrolysis to mechanically thread substrate proteins through its central pore, thereby unfolding them. In related AAA-ATPase motors, substrates are recruited through binding to the motor's N-terminal domains or N-terminally bound co-factors. Here we use structural and biochemical techniques to characterize the function of the N1 domain in Pex6 from budding yeast, S. cerevisiae. We found that although Pex1/ΔN1-Pex6 is an active ATPase in vitro, it does not support Pex1/Pex6 function at the peroxisome in vivo. An X-ray crystal structure of the isolated Pex6 N1 domain shows that the Pex6 N1 domain shares the same fold as the N terminal domains of PEX1, CDC48, or NSF, despite poor sequence conservation. Integrating this structure with a cryo-EM reconstruction of Pex1/Pex6, AlphaFold2 predictions, and biochemical assays shows that Pex6 N1 mediates binding to both the peroxisomal membrane tether Pex15 and an extended loop from the D2 ATPase domain of Pex1 that influences Pex1/Pex6 heterohexamer stability. Given the direct interactions with both Pex15 and the D2 ATPase domains, the Pex6 N1 domain is poised to coordinate binding of co-factors and substrates with Pex1/Pex6 ATPase activity.

Aquaporin-1 (Aqp1), a water channel, has garnered significant interest for cell-based medicine and in vivo synthetic biology due to its ability to be genetically encoded to produce magnetic resonance signals by increasing the rate of water diffusion in cells. However, concerns regarding the effects of Aqp1 overexpression and increased membrane diffusivity on cell physiology have limited its widespread use as a deep-tissue reporter. In this study, we present evidence that Aqp1 generates strong diffusion-based magnetic resonance signals without adversely affecting cell viability or morphology in diverse cell lines derived from mice and humans. Our findings indicate that Aqp1 overexpression does not induce ER stress, which is frequently associated with heterologous expression of membrane proteins. Furthermore, we observed that Aqp1 expression had no detrimental effects on native biological activities, such as phagocytosis, immune response, insulin secretion, and tumor cell migration in the analyzed cell lines. These findings should serve to alleviate any lingering safety concerns regarding the utilization of Aqp1 as a genetic reporter and should foster its broader application as a noninvasive reporter for in vivo studies.