By stimulating human lymphocytes with an autologous renal carcinoma, we obtained CTL recognizing an antigen derived from a novel, ubiquitous protein. The CTL failed to lyse autologous EBV-transformed B cells, even though the latter express the protein. This is due to the presence in these cells of immunoproteasomes, which, unlike standard proteasomes, cannot produce the antigenic peptide. We show that dendritic cells also carry immunoproteasomes and fail to present this antigen. This may explain why the relevant CTL escape thymic deletion and are not regularly activated in the periphery. Lack of cleavage by the immunoproteasome was also observed for melanoma differentiation antigen Melan-A26-35/HLA-A2, currently used for antitumoral vaccination. For immunization with such antigens, proteins should be less suitable than peptides, which do not require proteasome digestion in dendritic cells.

Abstract Malignant progression results from a dynamic cross-talk between stromal and cancer cells. Recent evidence suggests that this cross-talk is mediated to a significant extent by exosomes, nanovesicles secreted by most cell types and which allow the transfer of proteins, lipids, and nucleic acids between cells. Adipocytes are a major component of several tumor microenvironments, including that of invasive melanoma, where cells have migrated to the adipocyte-rich hypodermic layer of the skin. We show that adipocytes secrete exosomes in abundance, which are then taken up by tumor cells, leading to increased migration and invasion. Using mass spectrometry, we analyzed the proteome of adipocyte exosomes. Interestingly, these vesicles carry proteins implicated in fatty acid oxidation (FAO), a feature highly specific to adipocyte exosomes. We further show that, in the presence of adipocyte exosomes, FAO is increased in melanoma cells. Inhibition of this metabolic pathway completely abrogates the exosome-mediated increase in migration. Moreover, in obese mice and humans, both the number of exosomes secreted by adipocytes as well as their effect on FAO-dependent cell migration are amplified. These observations might in part explain why obese melanoma patients have a poorer prognosis than their nonobese counterparts. Cancer Res; 76(14); 4051–7. ©2016 AACR.

Abstract Obesity favours the occurrence of locally disseminated prostate cancer in the periprostatic adipose tissue (PPAT) surrounding the prostate gland. Here we show that adipocytes from PPAT support the directed migration of prostate cancer cells and that this event is strongly promoted by obesity. This process is dependent on the secretion of the chemokine CCL7 by adipocytes, which diffuses from PPAT to the peripheral zone of the prostate, stimulating the migration of CCR3 expressing tumour cells. In obesity, higher secretion of CCL7 by adipocytes facilitates extraprostatic extension. The observed increase in migration associated with obesity is totally abrogated when the CCR3/CCL7 axis is inhibited. In human prostate cancer tumours, expression of the CCR3 receptor is associated with the occurrence of aggressive disease with extended local dissemination and a higher risk of biochemical recurrence, highlighting the potential benefit of CCR3 antagonists in the treatment of prostate cancer.

Abstract The PI3K pathway is highly active in human cancers. The four class I isoforms of PI3K are activated by distinct mechanisms leading to a common downstream signaling. Their downstream redundancy is thought to be responsible for treatment failures of PI3K inhibitors. We challenged this concept, by mapping the differential phosphoproteome evolution in response to PI3K inhibitors with different isoform selectivity patterns in pancreatic cancer, a disease currently without effective therapy. In this cancer, the PI3K signal was shown to control cell proliferation. We compared the effects of LY294002 that inhibit with equal potency all class I isoenzymes and downstream mTOR with the action of inhibitors with higher isoform-selectivity towards PI3Kα, PI3Kβ or PI3Kγ (namely A66, TGX-221 and AS-252424). A bioinformatics global pathway analysis of phosphoproteomics data allowed us to identify common and specific signals activated by PI3K inhibitors supported by the biological data. AS-252424 was the most effective treatment and induced apoptotic pathway activation as well as the highest changes in global phosphorylation-regulated cell signal. However, AS-252424 treatment induced re-activation of Akt, therefore decreasing the treatment outcome on cell survival. Reversely, AS-252424 and A66 combination treatment prevented p-Akt reactivation and led to synergistic action in cell lines and patient organoids. The combination of clinically approved α-selective BYL-719 with γ-selective IPI-549 was more efficient than single molecule treatment on xenograft growth. Mapping unique adaptive signaling responses to isoform-selective PI3K inhibition will help to design better combinative treatments that prevent the induction of selective compensatory signals. Graphical abstract Significance Half of all human cancers show increased PI3K activity but the mutational pattern of the PI3K pathway is not sufficient to predict sensitivity to PI3K inhibitors. By identifying for the first time specific signaling induced by PI3K inhibitors with different isoform-selectivity patterns, we provide insight in how to handle heterogeneity of PI3K expression in tumor samples for the choice of available PI3K-targetting drugs. Our work provides a roadmap to target the PI3K pathway, balancing the use of isoform-selective PI3K inhibitors with personalized information extending beyond the specific mutational status.

ABSTRACT PA28γ is a nuclear activator of the 20S proteasome involved in the regulation of several essential cellular processes, such as cell proliferation, apoptosis, nuclear dynamics and cellular stress response. Unlike the 19S regulator of the proteasome, which specifically recognizes ubiquitylated proteins, PA28γ promotes the degradation of several substrates by the proteasome in an ATP- and ubiquitin-independent manner. However its exact mechanisms of action are unclear and likely to involve additional partners that remain to be identified. Here we report the identification of the first cofactor of PA28γ, PIP30/FAM192A. PIP30 binds directly and specifically via its C-terminal end and in an interaction stabilized by casein kinase 2 phosphorylation to both free and 20S proteasome-associated PA28γ. Its recruitment to proteasome-containing complexes depends on PA28γ and its expression increases the association of PA28γ with the 20S proteasome in cells. Further dissection of its possible roles shows that PIP30 alters PA28γ-dependent activation of peptide degradation by the 20S proteasome in vitro and negatively controls in cells the presence of PA28γ in Cajal Bodies by inhibition of its association with the key Cajal body component coilin. Altogether, our data show that PIP30 deeply affects PA28γ interactions with cellular proteins, including 20S proteasome, demonstrating that it is an important regulator of PA28γ in cells and thus a new player in the control of the multiple functions of the proteasome within the nucleus. Significance Statement The 20S proteasome is a key actor of the control of protein levels and integrity in cells. To perform its multiple functions, it works with a series of regulators, among which a nuclear complex called PA28γ. In particular, PA28γ participates in the regulation of cell proliferation and nuclear dynamics. We describe here the characterization of a novel protein, PIP30/FAM192A, which binds tightly to PA28γ and favors its interaction with the 20S proteasome while inhibiting its association with coilin, a central component of nuclear Cajal bodies. Thus PIP30/FAM192A critically controls the interactome and consequently the functions of PA28γ, and appears to be a new player in the fine regulation of intracellular proteostasis in the cell nucleus.

Abstract During spermatogenesis, spermatogonia undergo a series of mitotic and meiotic divisions on their path to spermatozoa. To achieve this, a succession of processes requiring high proteolytic activity are in part orchestrated by the proteasome. The spermatoproteasome (s20S) is specific to the developing gametes, in which the gamete-specific α4s subunit replaces the α4 isoform found in the constitutive proteasome (c20S). Although the s20S is conserved across species and was shown to be crucial for germ cell development, its mechanism, function and structure remain incompletely characterized. Here, we used advanced mass spectrometry (MS) methods to map the composition of proteasome complexes and their interactomes throughout spermatogenesis. We observed that the s20S becomes highly activated as germ cells enter meiosis, mainly through a particularly extensive 19S activation and, to a lesser extent, PA200 binding. Additionally, the proteasome population shifts from c20S (98%) to s20S (>82-92%) during differentiation, presumably due to the shift from α4 to α4s expression. We demonstrated that s20S, but not c20S, interacts with components of the meiotic synaptonemal complex, where it may localize via association with the PI31 adaptor protein. In vitro, s20S preferentially binds to 19S, and displays higher trypsin- and chymotrypsin-like activities, both with and without PA200 activation. Moreover, using MS methods to monitor protein dynamics, we identified significant differences in domain flexibility between α4 and α4s. We propose that these differences induced by α4s incorporation result in significant changes in the way the s20S interacts with its partners, and dictate its role in germ cell differentiation.

Abstract Bacterial microcompartments (BMCs) are self-assembling protein megacomplexes that encapsulate metabolic pathways. Although approximately 20% of sequenced bacterial genomes contain operons encoding putative BMCs, few have been thoroughly characterized, nor any in the most studied Escherichia coli strains. We used an interdisciplinary approach to gain deep molecular and functional insights into the ethanolamine utilization (Eut) BMC system encoded by the eut operon in E. coli K-12. The eut genotype was linked with the ethanolamine utilization phenotype using deletion and overexpression mutants. The subcellular dynamics and morphology of the E. coli Eut BMC were characterized in cellula by fluorescence microscopy and electron (cryo)microscopy. The minimal proteome reorganization required for ethanolamine utilization and the in vivo stochiometric composition of the Eut BMC were determined by quantitative proteomics. Finally, the first flux map connecting the Eut BMC with central metabolism in cellula was obtained by genome scale modelling and 13 C-fluxomics. Our results reveal that, contrary to previous suggestions, ethanolamine serves both as a nitrogen and a carbon source in E. coli K-12, while also contributing significant metabolic overflow. Overall, this study provides a quantitative molecular and functional understanding of the BMCs involved in ethanolamine assimilation by E. coli . Importance The properties of BMCs make them an ideal tool to build orthogonal network structures with minimal interactions with native metabolic and regulatory networks. However, this requires an understanding of how BMCs work natively. In this study, we combined genetic manipulation, multi-omics, modelling and microscopy to address this issue for Eut BMCs. We show that the Eut BMC in E. coli turns ethanolamine into usable carbon and nitrogen substrates to sustain growth. These results improve our understanding of compartmentalization in a widely used bacterial chassis.

In the last decade, a revolution in liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) based proteomics was unfolded with the introduction of dozens of novel instruments that incorporate additional data dimensions through innovative acquisition methodologies, in turn inspiring specialized data analysis pipelines. Simultaneously, a growing number of proteomics datasets have been made publicly available through data repositories such as ProteomeXchange, Zenodo and Skyline Panorama. However, developing algorithms to mine this data and assessing the performance on different platforms is currently hampered by the lack of a single benchmark experimental design. Therefore, we acquired a hybrid proteome mixture on different instrument platforms and in all currently available families of data acquisition. Here, we present a comprehensive Data-Dependent and Data-Independent Acquisition (DDA/DIA) dataset acquired using several of the most commonly used current day instrumental platforms. The dataset consists of over 700 LC-MS runs, including adequate replicates allowing robust statistics and covering over nearly 10 different data formats, including scanning quadrupole and ion mobility enabled acquisitions. Datasets are available via ProteomeXchange (PXD028735).