Abstract The Kennedy Pathway. See The Kennedy Pathway–De Novo Synthesis of Phosphatidylethanolamine and Phosphatidylcholine by Federica Gibellini and Terry K. Smith, pp. 414–428.

Trypanosoma brucei is an extracellular parasite that causes sleeping sickness. In mammalian hosts, trypanosomes are thought to exist in two major niches: early in infection, they populate the blood; later, they breach the blood-brain barrier. Working with a well-established mouse model, we discovered that adipose tissue constitutes a third major reservoir for T. brucei. Parasites from adipose tissue, here termed adipose tissue forms (ATFs), can replicate and were capable of infecting a naive animal. ATFs were transcriptionally distinct from bloodstream forms, and the genes upregulated included putative fatty acid β-oxidation enzymes. Consistent with this, ATFs were able to utilize exogenous myristate and form β-oxidation intermediates, suggesting that ATF parasites can use fatty acids as an external carbon source. These findings identify the adipose tissue as a niche for T. brucei during its mammalian life cycle and could potentially explain the weight loss associated with sleeping sickness.

Chemical genetics and a global comparative analysis of phosphorylation and phospholipids in vivo shows that PKG is the upstream regulator that induces calcium signals that enables Plasmodium to progress through its complex life cycle.

Abstract Staphylococcus aureus is a major opportunistic pathogen that is exposed to antimicrobial innate immune effectors and antibiotics that can disrupt its cell membrane. An understanding of S. aureus lipid composition and its role in defending the cell against membrane-disrupting agents is of fundamental importance. Common methods for characterising lipid profiles suffer shortcomings such as low sensitivity of detection and inferior resolution of the positional assignments of fatty acid chains in lipids. This present study developed a rapid and sensitive nano-electrospray ionisation tandem mass spectrometry (nESI-MS/MS) method to characterise the lipid composition of three commonly studied S. aureus isolates: Newman, Mu50 and BB270. Confirming previous studies, nESI-MS/MS revealed that phosphatidylglycerols were most abundant in S. aureus membranes, while diglucosyldiacylglycerols and lysyl-phosphatidylglycerols were also detected. Positional assignments for individual fatty acid chains within these lipids were also determined. Concomitantly, gas chromatography mass spectrometry of the fatty acids validated the molecular characterization and showed the principal species present in each strain were predominately anteiso- and iso-branched chain fatty acids. Though the fatty acid and lipid profiles were similar between the S. aureus strains, this method was sufficiently sensitive to distinguish minor differences in lipid composition. In conclusion, this nESI-MS/MS methodology can characterise the role of lipids in antimicrobial resistance, and may even be applied to the rapid diagnosis of drug-resistant strains in the clinic.

ABSTRACT MORN (Membrane Occupation and Recognition Nexus) repeat proteins have a wide taxonomic distribution, being found in both prokaryotes and eukaryotes. Despite this ubiquity, they remain poorly characterised at both a structural and a functional level compared to other common repeats. In functional terms, they are often assumed to be lipid-binding modules that mediate membrane targeting. We addressed this putative activity by focusing on a protein composed solely of MORN repeats – Trypanosoma brucei MORN1. Surprisingly, no evidence for binding to membranes or lipid vesicles by TbMORN1 could be obtained either in vivo or in vitro. Conversely, TbMORN1 did interact with individual phospholipids. High- and low-resolution structures of the MORN1 protein from Trypanosoma brucei and homologous proteins from the parasites Toxoplasma gondii and Plasmodium falciparum were obtained using a combination of macromolecular crystallography, small-angle X-ray scattering, and electron microscopy. This enabled a first structure-based definition of the MORN repeat itself. Furthermore, all three structures dimerised via their C-termini in an antiparallel configuration. The dimers could form extended or V-shaped quaternary structures depending on the presence of specific interface residues. This work provides a new perspective on MORN repeats, showing that they are protein-protein interaction modules capable of mediating both dimerisation and oligomerisation.

Abstract Bacterial conjugation is a process by which DNA is transferred unidirectionally from a donor cell to a recipient cell. It is the main means by which antibiotics resistance genes spread among bacterial populations. It is crucially dependent upon the elaboration of an extracellular appendage, termed “pilus”, by a large double-membrane spanning secretion system termed conjugative “type IV secretion system”. Here we present the structure of the conjugative pilus encoded by the R388 plasmid. We demonstrate that, as opposed to all conjugative pili produced so far for cryo-EM structure determination, that encoded by the R388 plasmid is greatly stimulated by the presence of recipient cells. Comparison of its cryo-EM structure with existing conjugative pilus structures highlights a number of important differences between the R388 pilus structure and that of its homologues, the most prominent being the highly distinctive conformation of its bound lipid.

Summary The type VII protein secretion system (T7SS) is found in many Gram-positive bacteria and in pathogenic mycobacteria. All T7SS substrate proteins described to date share a common helical domain architecture at the N-terminus that typically interacts with other helical partner proteins, forming a composite signal sequence for targeting to the T7SS. The C-terminal domains are functionally diverse and in Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus often specify toxic anti-bacterial activity. Here we describe the first example of a new class of T7 substrate, TslA, that has an unexpected reverse domain organisation. TslA is widely found across Bacillota including Staphylococcus , Enterococcus and Listeria . We show that the S. aureus TslA N-terminal domain is a phospholipase A with anti-staphylococcal activity that is neutralised by the immunity lipoprotein TilA. Two small helical partner proteins, TlaA1 and TlaA2 are essential for T7-dependent secretion of TslA and at least one of these interacts with the TslA C-terminal domain to form a helical stack. Cryo-EM analysis of purified TslA complexes indicate that they share structural similarity with canonical T7 substrates. Our findings suggest that the T7SS has the extraordinary feature of recognising a secretion signal present at either end of a substrate.

Bacterial conjugation is a process by which DNA is transferred unidirectionally from a donor cell to a recipient cell. It is the main means by which antibiotic resistance genes spread among bacterial populations. It is crucially dependent upon the elaboration of an extracellular appendage, termed "pilus," by a large double-membrane-spanning secretion system termed conjugative "type IV secretion system." Here we present the structure of the conjugative pilus encoded by the R388 plasmid. We demonstrate that, as opposed to all conjugative pili produced so far for cryoelectron microscopy (cryo-EM) structure determination, the conjugative pilus encoded by the R388 plasmid is greatly stimulated by the presence of recipient cells. Comparison of its cryo-EM structure with existing conjugative pilus structures highlights a number of important differences between the R388 pilus structure and that of its homologs, the most prominent being the highly distinctive conformation of its bound lipid.

UDP-N-acetylglucosamine (UDP-GlcNAc) is a crucial sugar nucleotide for glycan synthesis in eukaryotes. In the malaria parasite Plasmodium falciparum, UDP-GlcNAc is synthesized via the hexosamine biosynthetic pathway (HBP) and is essential for glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchor production, the most prominent form of protein glycosylation in the parasite. In this study, we explore a conditional knockout of glucosamine-6-phosphate N-acetyltransferase (PfGNA1), a key HBP enzyme. PfGNA1 depletion led to significant disruptions in HBP metabolites, impairing GPI biosynthesis and causing mislocalization of the merozoite surface protein 1 (MSP1), the most abundant GPI-anchored protein in the parasite. Furthermore, parasites were arrested at the schizont stage, exhibiting severe segmentation defects and an incomplete rupture of the parasitophorous vacuole membrane (PVM), preventing egress from host red blood cells. Our findings demonstrate the critical role of HBP and GPI biosynthesis in P. falciparum asexual blood stage development and underscore the potential of targeting these pathways as a therapeutic strategy against malaria.

Trypanosomatids have been shown to possess an exclusive and finely regulated biosynthetic pathway for de novo synthesis of fatty acids (FAs) and particularly of polyunsaturated fatty acids (PUFAs). The key enzymes for the process of unsaturation are known as desaturases. In this work, we explored the biocatalytic activity of the putative Delta6-desaturase (Tb11.v5.0580) in the native organism T. brucei. Utilising fatty acid analysis via GC-MS, we were able to elucidate via genetic manipulation of the level of expression of Delta6-desaturases in both procyclic (PCF) and bloodstream (BSF) forms of T. brucei and via supplementation of the media with various levels of FA sources, that docosahexaenoic acid (22:6) and/or docosapentaenoic acid (22:5), and arachidonic acid (20:4) and/or docosatetraenoic acid (22:4) are the products and the substrates respectively of this Delta6-desaturases. Interestingly, we were able to observe via lipidomic analysis with ESI-MS/MS, an increase in inositol-phosphoryl ceramide (IPC) in response to the overexpression of Delta6-desaturases in low-fat media, both in PCF and rather surprisingly in BSF. The formation of IPC is normally only observed in the stumpy and procyclic forms of T. brucei. Therefore, the expression levels of Delta6-desaturases, which varies between BSF and PCF, might be involved in the cascade(s) of metabolic events that cause these remodelling of the lipid pools and ultimately morphological changes, which are key to the transition between these life-cycle stages.