DM
Daniel Marston
Author with expertise in Cell Mechanics and Extracellular Matrix Interactions
Achievements
This user has not unlocked any achievements yet.
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
5
(40% Open Access)
Cited by:
1
h-index:
14
/
i10-index:
15
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
17

Engineered Immunogens to Elicit Antibodies Against Conserved Coronavirus Epitopes

Brenda Kapingidza et al.Feb 28, 2023
+38
C
D
B
Immune responses to SARS-CoV-2 primarily target the receptor binding domain of the spike protein, which continually mutates to escape acquired immunity. Other regions in the spike S2 subunit, such as the stem helix and the segment encompassing residues 815-823 adjacent to the fusion peptide, are highly conserved across sarbecoviruses and are recognized by broadly reactive antibodies, providing hope that vaccines targeting these epitopes could offer protection against both current and emergent viruses. Here we employed computational modeling to design scaffolded immunogens that display the spike 815-823 peptide and the stem helix epitopes without the distracting and immunodominant RBD. These engineered proteins bound with high affinity and specificity to the mature and germline versions of previously identified broadly protective human antibodies. Epitope scaffolds interacted with both sera and isolated monoclonal antibodies with broadly reactivity from individuals with pre-existing SARS-CoV-2 immunity. When used as immunogens, epitope scaffolds elicited sera with broad betacoronavirus reactivity and protected as "boosts" against live virus challenge in mice, illustrating their potential as components of a future pancoronavirus vaccine.
17
Citation1
0
Save
0

Connectivity analysis of GEF/GTPase networks in living cells

Daniel Marston et al.Aug 8, 2019
+6
J
M
D
The cytoskeleton is regulated by dynamic, multi-layered signaling networks that interconnect Rho family small GTPases with exquisite spatiotemporal precision. Understanding the organization of these networks is challenging, as protein activation and interaction occur transiently and with precise subcellular localization. We and others have used fluorescent biosensors in living cells to map the activation patterns of the Rho family small GTPases relative to the changes in cell edge dynamics that they produce. These GTPases are controlled by the localized activity of numerous Rho guanine nucleotide exchange factors (RhoGEFs) with overlapping GTPase specificity. Here we extend this analysis to determine functional relationships between GEFs and GTPases in controlling cell edge movements. First, biosensors for GEF activation are produced, and their activity correlated with edge dynamics. We then shift the wavelengths of GTPase biosensors to image and correlate the activation of GEFs and GTPases in the same cell. Using partial correlation analysis, we can parse out from such multiplexed data the contribution of each GEF-GTPase interaction to edge dynamics, i.e. we identify when and where specific GEF activation events regulate specific downstream GTPases to affect motility. We describe biosensors for eight Dbl family RhoGEFs based on a broadly applicable new design strategy (Asef, Tiam1, Vav isoforms, Tim, LARG, and &#[beta]-Pix), and red shifted biosensors for RhoA, Rac1 and Cdc42. In the context of motility, functional interactions were identified for Asef regulation of Cdc42 and Rac1. This approach exemplifies a powerful means to elucidate the real-time connectivity of signal transduction networks.
0

Force-exerting lateral protrusions in fibroblastic cell contraction

Abinash Padhi et al.Jul 22, 2019
+6
J
K
A
Aligned extracellular matrix fibers enable fibroblasts to undergo myofibroblastic activation and lead to elongated cell morphology. The fibroblasts in turn contract to cause alignment of the extracellular matrix. This feedback process is critical in pathological occurrences such as desmoplasia and is not well understood. Using engineered fiber networks that serve as force sensors, we identify lateral protrusions with specific functions and morphology that are induced by elongated fibroblastic cells and which apply extracellular fiber-deflecting contractile forces. Lateral projections, named twines, produce twine bridges upon interacting with neighboring parallel fibers. These mature into “perpendicular lateral protrusions” (PLPs) that enable cells to spread laterally and effectively contract. Using quantitative microscopy, we show that the twines originate from the stratification of cyclic actin waves traversing the entire length of the cell. The primary twines swing freely in 3D and engage neighboring extracellular fibers. Once engaged, a lamellum extends from the primary twine and forms a second twine, which also engages with the neighboring fiber. As the lamellum fills in the space between the two twines, a sheet-like PLP is formed to contract effectively. By controlling the geometry of extracellular networks we confirm that anisotropic fibrous environments enable PLP formation, and these force-generating PLPs are oriented perpendicular to the parent cell body. PLP formation kinetics indicated mechanisms analogous to other/known actin-based structures. Our identification of force-exerting PLPs in anisotropic fibrous environments suggests an explanation for cancer-associated desmoplastic expansion at single-cell resolution, providing possible new clinical intervention opportunities.
0

A high affinity monoclonal antibody against HLA-E-VL9 enhances natural killer cell anti-tumor killing

Joyce Hwang et al.Jul 11, 2024
+16
D
D
J
Abstract Natural killer (NK) cells kill target cells following triggering via germline-encoded receptors interacting with target cell-expressed ligands (direct killing), or via antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC) mediated by FcγRIIIa. NK cytotoxicity is modulated by signaling through activating or inhibitory receptors. A major checkpoint is mediated by the NK inhibitory receptor NKG2A/CD94 and its target cell ligand, HLA-E, which is complexed with HLA signal sequence-derived peptides termed VL9 (HLA-E-VL9). We have previously reported the isolation of a murine HLA-E-VL9-specific IgM antibody 3H4 and the generation of a higher affinity IgG version (3H4v3). Here we have used phage display library selection to generate a high affinity version of 3H4v3, called 3H4v31, with an ∼700 fold increase in binding affinity. We show using an HLA-E-VL9+ K562 tumor model that, in vitro, the addition of 3H4v31 to target cells increased direct killing of targets by CD16-negative NK cell line NK-92 and also mediated ADCC by NK-92 cells transfected with CD16. Moreover, ADCC by primary NK cells was also enhanced in vitro by 3H4v31. 3H4v31 was also able to bind and enhance target cell lysis of endogenously expressed HLA-E-VL9 on human cervical cancer and human pancreatic cancer cell lines. In vivo, 3H4v31 slowed the growth rate of HLA-E-VL9+ K562 tumors implanted into NOD/SCID/IL2rγ null mice compared to isotype control when injected with NK-92 cells intratumorally. Together, these data demonstrate that mAb 3H4v31 can enhance NK cell killing of HLA-E-VL9-expressing tumor cells in vitro by both direct killing activity and by ADCC. Moreover, mAb 3H4v31 can enhance NK cell control of tumor growth in vivo. We thus identify HLA-E-VL9 monoclonal antibodies as a promising novel anti-tumor immunotherapy. One Sentence Summary A high affinity monoclonal antibody against HLA-E-VL9 enhances natural killer cell anti-tumor killing by checkpoint inhibition and antibody dependent cellular cytotoxicity.
0

Correcting artifacts in ratiometric biosensor imaging; an improved approach for dividing noisy signals

Daniel Marston et al.Apr 14, 2021
D
S
K
D
Abstract The accuracy of biosensor ratio imaging is limited by signal/noise. Signals can be weak when biosensor concentrations must be limited to avoid cell perturbation. This can be especially problematic in imaging of low volume regions, e.g., along the cell edge. The cell edge is an important imaging target in studies of cell motility. We show how the division of fluorescence intensities with low signal-to-noise at the cell edge creates specific artifacts due to background subtraction and division by small numbers, and that simply improving the accuracy of background subtraction cannot address these issues. We propose a new approach where, rather than simply subtracting background from the numerator and denominator, we subtract a noise correction factor (NCF) from the numerator only. This NCF can be derived from the analysis of noise distribution in the background near the cell edge or from ratio measurements in the cell regions where signal-to-noise is high. We test the performance of the method first by examining two noninteracting fluorophores distributed evenly in cells. This generated a uniform ratio that could provide a ground truth. We then analyzed actual protein activities reported by a single chain biosensor for the guanine exchange factor Asef, and a dual chain biosensor for the GTPase Cdc42. The reduction of edge artifacts revealed persistent Asef activity in a narrow band (∼640 nm wide) immediately adjacent to the cell edge. For Cdc42, the NCF method revealed an artefact that would have been obscured by traditional background subtraction approaches.