Summary Malignant melanoma (MM) develops from the melanocytes and in its advanced stage is the most aggressive type of skin cancer. Here we report a comprehensive analysis on a prospective cohort study, including non-tumor, primary and metastasis tissues (n=77) with the corresponding plasma samples (n=56) from patients with malignant melanoma. The tumors and surrounding tissues were characterized with a combination of high-throughput analyses including quantitative proteomics, phosphoproteomics, acetylomics, and whole exome sequencing (WES) combined with in-depth histopathology analysis. Melanoma cell proliferation highly correlates with dysregulation at the proteome, at the posttranslational- and at the transcriptome level. Some of the changes were also verified in the plasma proteome. The metabolic reprogramming in melanoma includes upregulation of the glycolysis and the oxidative phosphorylation, and an increase in glutamine consumption, while downregulated proteins involved in the degradation of amino acids, fatty acids, and the extracellular matrix (ECM) receptor interaction. The pathways most dysregulated in MM including the MAP kinases-, the PI3K-AKT signaling, and the calcium homeostasis, are among the most affected by mutations, thus, dysregulation in these pathways can be manifested as drivers in melanoma development and progression. The phosphoproteome analysis combined with target-based prediction mapped 75% of the human kinome. Melanoma cell proliferation was driven by two key factors: i) metabolic reprogramming leading to upregulation of the glycolysis and oxidative phosphorylation, supported by HIF-1 signaling pathway and mitochondrial translation; and ii) a dysregulation of the immune system response, which was mirrored by immune system processes in the plasma proteome. Regulation of the melanoma acetylome and expression of deacetylase enzymes discriminated between groups based on tissue origin and proliferation, indicating a way to guide the successful use of HDAC inhibitors in melanoma. The disease progression toward metastasis is driven by the downregulation of the immune system response, including MHC class I and II, which allows tumors to evade immune surveillance. Altogether, new evidence is provided at different molecular levels to allow improved understanding of the melanoma progression, ultimately contributing to better treatment strategies. TOC figure

Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome (HGPS) is an extremely rare genetic disorder. HGPS children present a high incidence of cardiovascular complications along with altered metabolic processes and accelerated aging process. No metabolic biomarker is known and the mechanisms underlying premature aging are not fully understood. The present study analysed plasma from six HGPS patients of both sexes (7.7±1.4 years old; mean±SD) and eight controls (8.6±2.3 years old) by LC-MS/MS in high-resolution non-targeted metabolomics (Q-Exactive Plus). Several endogenous metabolites with statistical difference were found. Multivariate statistics analysis showed a clear separation between groups. Potential novel metabolic biomarkers are identified using the multivariate area under ROC curve (AUROC) based analysis, showing an AUC value higher than 0.80 using only two metabolites, and reaching 1.00 when increasing the number of metabolites in the AUROC model. Targeted metabolomics was used to validate some of the metabolites identified by the non-targeted method. Taken together, changed metabolic pathways in that panel involve sphingolipid, amino acid, and oxidation of fatty acids among others. In conclusion our data show significant alterations in cellular energy use and availability, in signal transduction, and in lipid metabolites, creating new insights on metabolic alterations associated with premature aging.

Abstract Axon guidance is required for the establishment of brain circuits. Whether much of the molecular basis of axon guidance is known from animal models, the molecular machinery coordinating axon growth and pathfinding in humans remains to be elucidated. The use of induced pluripotent stem cells (iPSC) from human donors has revolutionized in vitro studies of the human brain. iPSC can be differentiated into neuronal stem cells which can be used to generate neural tissue-like cultures, known as neurospheres, that reproduce, in many aspects, the cell types and molecules present in the brain. Here, we analyzed quantitative changes in the proteome of neurospheres during differentiation. Relative quantification was performed at early time points during differentiation using iTRAQ-based labeling and LC-MS/MS analysis. We identified 6,438 proteins, from which 433 were downregulated and 479 were upregulated during differentiation. We show that human neurospheres have a molecular profile that correlates to the fetal brain. During differentiation, upregulated pathways are related to neuronal development and differentiation, cell adhesion, and axonal guidance whereas cell proliferation pathways were downregulated. We developed a functional assay to check for neurite outgrowth in neurospheres and confirmed that neurite outgrowth potential is increased after 10 days of differentiation and is enhanced by increasing cyclic AMP levels. The proteins identified here represent a resource to monitor neurosphere differentiation and coupled to the neurite outgrowth assay can be used to functionally explore neurological disorders using human neurospheres as a model.

Organoid cultivation in suspension culture requires agitation at low shear stress to allow for nutrient diffusion, which preserves tissue structure. Multiplex systems for organoid cultivation have been proposed, but whether they meet similar shear stress parameters as the regularly used spinner flask and its correlation with the successful generation of brain organoids, has not been determined. Herein, we used computational fluid dynamics (CFD) analysis to compare two multiplex culture conditions: steering plates on an orbital shaker and the use of a previously described bioreactor. The bioreactor had low speed and high shear stress regions that may affect cell aggregate growth, depending on volume, whereas the CFD parameters of the steering plates were closest to the parameters of the spinning flask. Our protocol improves the initial steps of the standard brain organoid formation, and organoids produced therefrom displayed regionalized brain structures, including retinal pigmented cells. Overall, we conclude that suspension culture on orbital steering plates is a cost-effective practical alternative to previously described platforms for the cultivation of brain organoids for research and multiplex testing.

Zika virus (ZIKV) infection during pregnancy could cause a set of severe abnormalities in the fetus known as congenital Zika syndrome (CZS). Experiments using animal models and in vitro systems significantly contributed to our understanding of the physiopathology of ZIKV infection. However, the molecular basis of CZS is not yet studied in humans. Here, we used a systems biology approach to integrate transcriptomic, proteomic and genomic data from post-mortem brains of neonates with CZS. We observed that collagen genes were greatly reduced in CZS brains at both the RNA and protein levels and that neonates with CZS have several polymorphisms in collagen genes associated with osteogenesis imperfect and arthrogryposis. These findings were validated using immunohistochemistry and collagen staining of ZIKV infected and non-infected samples. Additionally, it was found that cell adhesion genes that are essential for neurite outgrowth and axon guidance were up-regulated and thereby confirmed the neuronal migration defects observed. This work provided new insights into the underlying mechanisms of CZS and revealed host genes associated with CZS susceptibility.

Abstract The utilization of PD1 and CTLA4 inhibitors has revolutionized the treatment of malignant melanoma (MM). However, resistance to targeted and immune-checkpoint-based therapies still poses a significant problem. Here we mine large scale MM proteogenomic data integrating it with MM cell line dependency screen, and drug sensitivity data to identify druggable targets and forecast treatment efficacy and resistance. Leveraging protein profiles from established MM subtypes and molecular structures of 82 cancer treatment drugs, we identified nine candidate hub proteins, mTOR, FYN, PIK3CB, EGFR, MAPK3, MAP4K1, MAP2K1, SRC and AKT1, across five distinct MM subtypes. These proteins serve as potential drug targets applicable to one or multiple MM subtypes. By analyzing transcriptomic data from 48 publicly accessible melanoma cell lines sourced from Achilles and CRISPR dependency screens, we forecasted 162 potentially targetable genes. We also identified genetic resistance in 260 genes across at least one melanoma subtype. In addition, we employed publicly available compound sensitivity data (Cancer Therapeutics Response Portal, CTRPv2) on the cell lines to assess the correlation of compound effectiveness within each subtype. We have identified 20 compounds exhibiting potential drug impact in at least one melanoma subtype. Remarkably, employing this unbiased approach, we have uncovered compounds targeting ferroptosis, that demonstrate a striking 30x fold difference in sensitivity among different subtypes. This implies that the proteogenomic classification of melanoma has the potential to predict sensitivity to ferroptosis compounds. Our results suggest innovative and novel therapeutic strategies by stratifying melanoma samples through proteomic profiling, offering a spectrum of novel therapeutic interventions and prospects for combination therapy. Highlights (1) Proteogenomic subtype classification can define the landscape of genetic dependencies in melanoma (2) Nine proteins from molecular subtypes were identified as potential drug targets for specified MM patients (3) 20 compounds identified that show potential effectiveness in at least one melanoma subtype (4) Proteogenomics can predict specific ferroptosis inducers, HDAC, and RTK Inhibitor sensitivity in melanoma subtypes Graphical abstract

While Immune checkpoint inhibition (ICI) therapy shows significant efficacy in metastatic melanoma, only about 50% respond, lacking reliable predictive methods. We introduce a panel of six proteins aimed at predicting response to ICI therapy. Evaluating previously reported proteins in two untreated melanoma cohorts, we used a published predictive model (EaSIeR score) to identify potential proteins distinguishing responders and non-responders. Six proteins initially identified in the ICI cohort correlated with predicted response in the untreated cohort. Additionally, three proteins correlated with patient survival, both at the protein, and at the transcript levels, in an independent immunotherapy treated cohort. Our study identifies predictive biomarkers across three melanoma cohorts, suggesting their use in therapeutic decision-making.

ABSTRACT Zika is a vector-borne disease caused by an arbovirus (ZIKV) and overwhelmingly transmitted by Ae. aegypti . This disease is linked to adverse fetal outcomes, mostly microcephaly in newborns, and other clinical aspects such as acute febrile illness and neurologic complications, for example, Guillain-Barré syndrome. One of the actual most promising strategies to mitigate arbovirus transmission involves releasing Ae. aegypti mosquitoes carrying the maternally inherited endosymbiont bacteria Wolbachia pipientis . The presence of Wolbachia is associated with a reduced susceptibility to arboviruses and a fitness cost in mosquito life-history traits as fecundity and fertility. However, the mechanisms by which Wolbachia influences metabolic pathways leading to differences in egg production remains poorly known. To investigate the impact of co-infections on the reproductive tract of the mosquito, we applied an isobaric labeling-based quantitative proteomic strategy to investigate the influence of Wolbachia w Mel and ZIKV infection in Ae. aegypti ovaries. To the best of our knowledge, this is the most complete proteome of Ae. aegypti ovaries reported so far, with a total of 3,913 proteins identified, also,were able to quantify a total of 1,044 Wolbachia proteins in complex sample tissue of Ae. aegypti ovary.. Furthermore, we discuss proteins and pathways altered in Ae. aegypti during ZIKV infections, Wolbachia infections, co-infection Wolbachia/ZIKV, and compared with no infection, focusing on immune and reproductive aspects of Ae. aegypti . The modified aspects were mostly related to the immune priming enhancement by Wolbachia presence and the modulation of the Juvenile Hormone pathway caused by both microorganisms infection. Highlights Proteome changes in Ae. aegypti , Wolbachi a, and ZIKV interactions A great diversity of Wolbachia proteins were quantified in Ae. aegypti ovary Juvenile Hormone pathway is modulated by both infections Wolbachia enhances Ae. aegypti immune priming mechanism ZIKV unsettles host immune response by reducing antimicrobial peptides production Coinfection triggers oxidative stress and a lack of vitellogenin precursors

Abstract The mechanical resistance of the popcorn pericarp has a positive and direct relationship to its expansion volume. It allows enough time for the endosperm to gelatinize completely before its extravasation. Expansion is a polygenic trait that has been extensively studied. However, no records in the literature indicate proteins that directly affect pericarp thickness and integrity. Therefore, the present work aimed to identify candidate pericarp proteins associated with the expansion capacity of popcorn kernels using the shotgun proteomic approach. The analyses were carried out in the pericarp of two popcorn inbred lines, P11 (expansion volume of 30 mL g -1 ) and P16 (expansion volume of 14 mL g -1 ), in two developmental stages (15 and 25 DAP). A total of 803 non-redundant proteins were identified. Most of them were involved in key processes associated with pericarp development and thickening. Two candidate proteins stood out among the differentially abundant proteins. Peroxidase was up-accumulated in P11/25 DAP (high popping expansion) and was 1.498 times more abundant in this inbred line, while xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase was more abundant in P16 (low popping expansion) in both developmental stages. Thus, the peroxidase protein increases expandability, whereas xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase decreases it, even though its specific role has not been elucidated. These proteins should be further investigated, as they may be used to improve expansion capacity in popcorn breeding programs.

Summary The dynamics of more than 1900 mitochondrial proteins was explored through quantitative proteomics in 151 melanoma-related tissue samples of both surgical and autopsy origin. Dysregulation of mitochondrial pathways in primary tumors, metastases, and peritumoral tissues was correlated with age and survival of patients, as well as with tumor cell proliferation and the BRAF mutation status of the tumors. The outlined proteomic landscape confirmed the central role of a pathologically upregulated mitochondrial translation machinery and oxidative phosphorylation (OXPHOS) in the development, proliferation, and progression of melanomas. Our results from different melanoma cell lines confirmed our findings and we could document that treatments with selected OXPHOS inhibitors and antibiotics successfully impaired tumor cell proliferation. In addition, we provided proteomic evidence on the mechanism-of-action of the different treatments. These observations could contribute to the development of therapeutic approaches targeting the mitochondrial pathology in melanoma. TOC figure Highlights Mitochondrial proteome landscape outlined in 151 melanoma-related samples Mitochondrial Translation and OXPHOS impact disease severity and survival BRAF V600E mutation correlates with upregulation of mitochondrial energy production Targeting the mitochondrial OXPHOS and ribosomes impairs tumor cell proliferation Therapeutic opportunities complementary to the standard of care are proposed In brief Mitochondrial proteome profiling of melanomas reveals dysregulation in major metabolic pathways, suggesting a central role of the mitochondria within the development and progression of melanoma. Targeting mitochondrial pathways has the potential to impact the course of the disease, which provides opportunities for complementary drug interventions.