Abstract ATTR amyloidosis results from the conversion of transthyretin into amyloid fibrils that deposit in tissues causing organ failure and death. This conversion is facilitated by mutations in ATTRv amyloidosis, or aging in ATTRwt amyloidosis. ATTRv amyloidosis exhibits extreme phenotypic variability, whereas ATTRwt amyloidosis presentation is consistent and predictable. Previously, we found an unprecedented structural variability in cardiac amyloid fibrils from polyneuropathic ATTRv-I84S patients. In contrast, cardiac fibrils from five genotypically-different patients with cardiomyopathy or mixed phenotypes are structurally homogeneous. To understand fibril structure’s impact on phenotype, it is necessary to study the fibrils from multiple patients sharing genotype and phenotype. Here we show the cryo-electron microscopy structures of fibrils extracted from four cardiomyopathic ATTRwt amyloidosis patients. Our study confirms that they share identical conformations with minimal structural variability, consistent with their homogenous clinical presentation. Our study contributes to the understanding of ATTR amyloidosis biopathology and calls for further studies. One-Sentence Summary: Wild-type cardiac ATTR fibrils are structurally homogeneous.

ATTR amyloidosis results from the conversion of transthyretin into amyloid fibrils that deposit in tissues causing organ failure and death. This conversion is facilitated by mutations in ATTRv amyloidosis, or aging in ATTRwt amyloidosis. ATTRv amyloidosis exhibits extreme phenotypic variability, whereas ATTRwt amyloidosis presentation is consistent and predictable. Previously, we found unique structural variabilities in cardiac amyloid fibrils from polyneuropathic ATTRv-I84S patients. In contrast, cardiac fibrils from five genotypically different patients with cardiomyopathy or mixed phenotypes are structurally homogeneous. To understand fibril structure's impact on phenotype, it is necessary to study the fibrils from multiple patients sharing genotype and phenotype. Here we show the cryo-electron microscopy structures of fibrils extracted from four cardiomyopathic ATTRwt amyloidosis patients. Our study confirms that they share identical conformations with minimal structural variability, consistent with their homogenous clinical presentation. Our study contributes to the understanding of ATTR amyloidosis biopathology and calls for further studies. Cryo-EM analysis of fibrils from four cardiomyopathic ATTRwt amyloidosis patients reveals identical structures with minimal variability. This finding contributes to the understanding of ATTR amyloidosis biopathology.

Abstract Background Neurodegenerative tauopathies may progress based on seeding by pathological tau assemblies, whereby an aggregate is released from one cell, gains entry to an adjacent or connected cell, and serves as a specific template for its own replication in the cytoplasm. In vitro seeding reactions typically take days, yet seeding into the complex cytoplasmic milieu can happen within hours. A cellular machinery might regulate this process, but potential players are unknown. Methods We used proximity labeling to identify factors that control seed amplification. We fused split-APEX2 to the C-terminus of tau repeat domain (RD) to reconstitute peroxidase activity upon seeded intracellular tau aggregation. We identified valosin containing protein (VCP/p97) 5h after seeding. Mutations in VCP underlie two neurodegenerative diseases, multisystem proteinopathy and vacuolar tauopathy, but its mechanistic role is unclear. We utilized tau biosensors, a cellular model for tau aggregation, to study the effects of VCP on tau seeding. Results VCP knockdown reduced tau seeding. However, distinct chemical inhibitors of VCP and the proteasome had opposing effects on aggregation, but only when given <8h of seed exposure. ML-240 increased seeding efficiency ∼40x, whereas NMS-873 decreased seeding efficiency by 50%, and MG132 increased seeding ∼10x. We screened VCP co-factors in HEK293 biosensor cells by genetic knockout or knockdown. Reduction of ATXN3, NSFL1C, UBE4B, NGLY1, and OTUB1 decreased tau seeding, as did NPLOC4, which also uniquely increased soluble tau levels. Reduction of FAF2 and UBXN6 increased tau seeding. Conclusions VCP uses distinct cofactors to determine seed replication efficiency, consistent with a dedicated cytoplasmic processing complex that directs seeds towards dissolution vs. amplification.

During endosomal recycling, Sorting Nexin 17 (SNX17) facilitates the transport of numerous membrane cargo proteins by tethering them to the Retriever complex. Despite its importance, the mechanisms underlying this interaction have remained elusive. Here, we provide biochemical, structural, cellular, and proteomic analyses of the SNX17-Retriever interaction. Our data reveal that SNX17 adopts an autoinhibited conformation in the basal state, with its FERM domain sequestering its C-terminal tail. The binding of cargo proteins to the FERM domain displaces the C-terminal tail through direct competition. The released tail engages with Retriever by binding to a highly conserved interface between its VPS35L and VPS26C subunits, as revealed by cryogenic electron microscopy (cryo-EM). Disrupting this interface impairs the Retriever-SNX17 interaction, subsequently affecting the recycling of SNX17-dependent cargoes and altering the composition of the plasma membrane proteome. Intriguingly, the SNX17-binding pocket on Retriever can be utilized by other ligands containing a consensus acidic C-terminal tail motif. Together, our findings uncover a mechanism underlying endosomal trafficking of critical cargo proteins and reveal how Retriever can potentially engage with other regulatory factors or be exploited by pathogens.

Abstract To identify non-cell-autonomous effectors of cardiomyocyte mitosis, we analyzed a transcriptomic screen of regenerating and non-regenerating neonatal hearts for differentially-expressed secreted proteins – which we hypothesized could include candidate mitogens. We identified and validated IGFBP3, which has a Janus-like stabilizing and sequestering effect on IGF growth factors, as a neonatal injury-associated secreted protein. IGFBP3 is expressed by and secreted from vascular cells in the neonatal heart after cardiac injury, notably in the infarct border zone. We found that global deletion of IGFBP3 blunted neonatal regeneration, while gain-of-function experiments using recombinant IGFBP3 and a transgenic mouse model uncovered a pro-mitotic effect of IGFBP3 on cardiomyocytes in vitro and in the adult heart. We show that site-specific expression of an IGFBP3 protease (PAPP-A2) and its inhibitor (STC2) coordinate the spatial release of IGF2 in the infarct zone to regio-selectively activate the INSR-ERK-AKT cell growth pathways in cardiomyocytes. Collectively, our work highlights the spatiotemporal orchestration of endothelial-cardiomyocyte interactions that are required for neonatal cardiac regeneration.

Abstract ATTR amyloidosis is a systemic disease characterized by the deposition of amyloid fibrils made of transthyretin, a protein integral to transporting retinol and thyroid hormones. Transthyretin is primarily produced by the liver and circulates in blood as a tetramer. The retinal epithelium also secretes transthyretin, which is secreted to the vitreous humor of the eye. Because of mutations or aging, transthyretin can dissociate into amyloidogenic monomers triggering amyloid fibril formation. The deposition of transthyretin amyloid fibrils in the myocardium and peripheral nerves causes cardiomyopathies and neuropathies, respectively. Using cryo-electron microscopy, here we determined the structures of amyloid fibrils extracted from cardiac and nerve tissues of an ATTRv-V30M patient. We found that fibrils from both tissues share a consistent structural conformation, similar to the previously described structure of cardiac fibrils from an individual with the same genotype, but different from the fibril structure obtained from the vitreous humor. Our study hints to a uniform fibrillar architecture across different tissues within the same individual, only when the source of transthyretin is the liver. Moreover, this study provides the first description of ATTR fibrils from the nerves of a patient and enhances our understanding of the role of deposition site and protein production site in shaping the fibril structure in ATTRv-V30M amyloidosis.

Pseudomonas aeruginosa (PA) is an opportunistic pathogen that can cause sight threatening infections in the eye and fatal infections in the cystic fibrosis airway. Extracellular vesicles (EVs) are released by host cells during infection and by the bacteria themselves; however, there are no studies on the composition and functional role of host-derived EVs during PA infection of the eye or lung. Here we investigated the composition and capacity of EVs released by PA infected epithelial cells to modulate innate immune responses in host cells.

During intestinal inflammation, host nutritional immunity starves microbes of essential micronutrients such as iron. Pathogens scavenge iron using siderophores, which is counteracted by the host using lipocalin-2, a protein that sequesters iron-laden siderophores, including enterobactin. Although the host and pathogens compete for iron in the presence of gut commensal bacteria, the roles of commensals in nutritional immunity involving iron remain unexplored. Here, we report that the gut commensal Bacteroides thetaiotaomicron acquires iron in the inflamed gut by utilizing siderophores produced by other bacteria including Salmonella, via a secreted siderophore-binding lipoprotein termed XusB. Notably, XusB-bound siderophores are less accessible to host sequestration by lipocalin-2 but can be "re-acquired" by Salmonella , allowing the pathogen to evade nutritional immunity. As the host and pathogen have been the focus of studies of nutritional immunity, this work adds commensal iron metabolism as a previously unrecognized mechanism modulating the interactions between pathogen and host nutritional immunity.

Abstract Background Neurodegenerative tauopathies may progress based on seeding by pathological tau assemblies, whereby an aggregate is released from one cell, gains entry to an adjacent or connected cell, and serves as a specific template for its own replication in the cytoplasm. Seeding into the complex cytoplasmic milieu happens within hours, implying the existence of unknown factors that regulate this process. Methods We used proximity labeling to identify proteins that control seed amplification within 5 h of seed exposure. We fused split-APEX2 to the C-terminus of tau repeat domain (RD) to reconstitute peroxidase activity 5 h after seeded intracellular tau aggregation. Valosin containing protein (VCP/p97) was the top hit. VCP harbors dominant mutations that underlie two neurodegenerative diseases, multisystem proteinopathy and vacuolar tauopathy, but its mechanistic role is unclear. We used immortalized cells and human neurons to study the effects of VCP on tau seeding. We exposed cells to fibrils or brain homogenates in cell culture media and measured effects on uptake and induction of intracellular tau aggregation following various genetic and pharmacological manipulations of VCP. Results VCP knockdown reduced tau seeding. Chemical inhibitors had opposing effects on seeding in HEK293T tau biosensor cells and human neurons: ML-240 increased seeding efficiency, whereas NMS-873 decreased it. The inhibitors only functioned when administered within 8 h of seed exposure, indicating a role for VCP early in seed processing. We screened 30 VCP co-factors in HEK293T biosensor cells by genetic knockout or knockdown. Reduction of ATXN3, NSFL1C, UBE4B, NGLY1, and OTUB1 decreased tau seeding, as did NPLOC4, which also uniquely increased soluble tau levels. By contrast, reduction of FAF2 increased tau seeding. Conclusions Divergent effects on tau seeding of chemical inhibitors and cofactor reduction indicate that VCP regulates this process. This is consistent with a cytoplasmic processing complex centered on VCP that directs seeds acutely towards degradation vs. amplification.

ABSTRACT The kidney is the key regulator of magnesium (Mg 2+ ) homeostasis in the human body. In the distal convoluted tubule (DCT), the apical epithelial magnesium (Mg 2+ ) channel TRPM6, determines how much Mg 2+ is excreted in the urine. To better understand the regulation of human renal Mg 2+ absorption we identified novel, potential interaction partners of TRPM6 by pursuing a liquid chromatography – tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) proteomics approach. We found insulin receptor substrate 4 (IRS4) enriched with TRPM6 tagged to glutathione S-transferase (TRPM6-GST) but not GST control. Physical interaction between IRS4 and TRPM6 was confirmed by co-immunoprecipitation. Applying microdissection of mouse tubules, we detected Irs4 mRNA expression mostly in the DCT and to a lower degree in the proximal tubule and thick ascending limb of Henle. Given the overall low abundance of Irs4 mRNA along the tubule we investigated the phenotype of Irs4 knockout mice ( Irs4 -/- ). These Irs4 -/- mice displayed significantly higher urinary and fecal Mg 2+ losses and lower blood Mg 2+ levels than wild-type (WT) mice. Claudin-16, claudin-19, and Hnf1b mRNA and Claudin-16 and Trpm6 protein expression was significantly higher in kidneys of 3 month old Irs4 -/- mice consistent with a compensatory mechanism to conserve Mg 2+ . Applying whole-cell patch-clamp recording we confirmed the stimulatory role of insulin on TRPM6 channel activity and showed that IRS4 targets the two TRPM6 phosphorylation sites T1391 and S1583 to enhance TRPM6 current density. To test the effect of Mg 2+ deficiency on metabolism, we performed glucose and insulin tolerance studies, which were mildly abnormal in Irs4 -/- mice. SIGNIFICANCE STATEMENT Magnesium (Mg 2+ ) is the second most abundant intracellular cation but the regulation of Mg 2+ homeostasis is not well understood. The kidney is the key organ for regulating Mg 2+ homeostasis. Insulin is a known stimulator of the apical epithelial Mg 2+ channel TRPM6. We present a novel modifier of Mg 2+ absorption with insulin receptor substrate 4 (IRS4) which illuminates further, how insulin activates the TRPM6 channel and modifies Mg 2+ homeostasis. Applying protein biochemistry, tubular microdissection, whole mouse physiology, and patch-clamp recording, we demonstrate that IRS4 mediates the stimulatory effect of insulin by enhancing phosphorylation of two specific TRPM6 residues. Irs4 -/- mice develop increased urinary and stool Mg 2+ losses, lower serum Mg 2+ concentration, and display mild impairment in glucose and insulin tolerance.