Although the proteins that read the gene regulatory code, transcription factors (TFs), have been largely identified, it is not well known which sequences TFs can recognize. We have analyzed the sequence-specific binding of human TFs using high-throughput SELEX and ChIP sequencing. A total of 830 binding profiles were obtained, describing 239 distinctly different binding specificities. The models represent the majority of human TFs, approximately doubling the coverage compared to existing systematic studies. Our results reveal additional specificity determinants for a large number of factors for which a partial specificity was known, including a commonly observed A- or T-rich stretch that flanks the core motifs. Global analysis of the data revealed that homodimer orientation and spacing preferences, and base-stacking interactions, have a larger role in TF-DNA binding than previously appreciated. We further describe a binding model incorporating these features that is required to understand binding of TFs to DNA.

Abstract Septin GTP-binding proteins contribute essential biological functions that range from the establishment of cell polarity to animal tissue morphogenesis. Human septins in cells form hetero-octameric septin complexes containing the ubiquitously expressed SEPT9. Despite the established role of SEPT9 in mammalian development and human pathophysiology, biochemical and biophysical studies have relied on monomeric SEPT9 thus not recapitulating its native assembly into hetero-octameric complexes. We established a protocol that enabled the first-time isolation of recombinant human septin octamers containing distinct SEPT9 isoforms. A combination of biochemical and biophysical assays confirmed the octameric nature of the isolated complexes in solution. Reconstitution studies showed that octamers with either a long or a short SEPT9 isoform form filament assemblies, and can directly bind and cross-link actin filaments, raising the possibility that septin-decorated actin structures in cells reflect direct actin-septin interactions. Recombinant SEPT9-containing octamers will make it possible to design cell-free assays to dissect the complex interactions of septins with cell membranes and the actin/microtubule cytoskeleton. Summary Human septins in cells form hetero-octameric complexes containing the ubiquitously expressed SEPT9. Iv et al. describe the first-time isolation of recombinant human septin octamers with distinct SEPT9 isoforms. Reconstitution studies show that octamers with either a long or a short SEPT9 isoform form higher-order filament assemblies and directly bind and cross-link actin filaments.

Abstract Small linear motif targeting protein interacting domains called PDZ have been identified at the C-terminus of the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) proteins E, 3a, and N. Using a high-throughput approach of affinity-profiling against the full human PDZome, we identified sixteen human PDZ binders of SARS-CoV-2 proteins E, 3A and N showing significant interactions with dissociation constants values ranging from 3 μM to 82 μM. Six of them (TJP1, PTPN13, HTRA1, PARD3, MLLT4, LNX2) are also recognized by SARS-CoV while three (NHERF1, MAST2, RADIL) are specific to SARS-CoV-2 E protein. Most of these SARS-CoV-2 protein partners are involved in cellular junctions/polarity and could be also linked to evasion mechanisms of the immune responses during viral infection. Seven of the PDZ-containing proteins among binders of the SARS-CoV-2 proteins E, 3a or N affect significantly viral replication under knock-down gene expression in infected cells. This PDZ profiling identifying human proteins potentially targeted by SARS-CoV-2 can help to understand the multifactorial severity of COVID19 and to conceive effective anti-coronaviral agents for therapeutic purposes.

Abstract Human protein networks have been widely explored but most binding affinities remain unknown, hindering quantitative interactome-function studies. Yet interactomes rely on minimal interacting fragments displaying quantifiable affinities. Here we measured the affinities of 65,000 interactions involving PDZ domains and their target PDZ-binding motifs (PBM) within a human interactome region particularly relevant for viral infection and cancer. We calculate interactomic distances, identify hot spots for viral interference, generate binding profiles and specificity logos, and explain selected cases by crystallographic studies. Mass spectrometry experiments on cell extracts and literature surveys show that quantitative fragmentomics effectively complement protein interactomics by providing affinities and completeness of coverage, putting a full human interactome affinity survey within realistic reach. Finally, we show that interactome hijacking by the viral PBM of human papillomavirus (HPV) E6 oncoprotein deeply impacts the host cell proteome way beyond immediate E6 binders, illustrating the complex system-wide relationship between interactome and function.

Abstract Protein domains often recognize short linear protein motifs composed of a core conserved consensus sequence surrounded by less critical, modulatory positions. Here we used an accurate experimental approach combining high-throughput holdup chromatographic assay and fluorescence polarization to measure quantitative binding affinity profiles of the PDZ domain-binding motif (PBM) of PTEN phosphatase towards the 266 known human PDZ domains. Inclusion of N-terminal flanking residues, acetylation or mutation of a lysine at a modulatory position significantly altered the PDZome-binding profile of the PTEN PBM. A specificity index is also introduced to quantify the specificity of a given PBM over the complete PDZome. Our results highlight the impact of modulatory residues and post-translational modifications on PBM interactomes and their specificity.

Abstract COVID-19 continues to damage populations, communities and economies worldwide. Vaccines have reduced COVID-19-related hospitalisations and deaths, primarily in developed countries. Persisting infection rates, and highly transmissible SARS-CoV-2 Variants of Concern (VOCs) causing repeat and breakthrough infections, underscore the ongoing need for new treatments to achieve a global solution. Based on ADDomer, a self-assembling protein nanoparticle scaffold, we created ADDoCoV, a thermostable COVID-19 candidate vaccine displaying multiple copies of a SARS-CoV-2 receptor binding motif (RBM)-derived epitope. In vitro generated neutralising nanobodies combined with molecular dynamics (MD) simulations and electron cryo-microscopy (cryo-EM) established authenticity and accessibility of the epitopes displayed. A Gigabody comprising multimerized nanobodies prevented SARS-CoV-2 virion attachment with picomolar EC 50 . Antibodies generated by immunising mice cross-reacted with VOCs including Delta and Omicron. Our study elucidates nasal administration of ADDomer-based nanoparticles for active and passive immunisation against SARS-CoV-2 and provides a blueprint for designing nanoparticle reagents to combat respiratory viral infections.

To mount appropriate responses, T cells integrate complex sequences of receptor stimuli perceived during transient interactions with antigen presenting cells. Although it has been hypothesized that the dynamics of these interactions influence the outcome of T cell activation, methodological limitations have hindered its formal demonstration. Here, we have engineered the Light-inducible T cell engager (LiTe) system, a recombinant optogenetics-based molecular tool targeting the T Cell Receptor (TCR). The LiTe system constitutes a reversible molecular switch displaying exquisite reactivity. As proof of concept, we dissect how specific temporal patterns of TCR stimulation shape T cell activation patterns. We established that CD4+ T cells respond to intermittent TCR stimulation more efficiently than their CD8+ T cells counterparts and provide evidence that distinct sequences of TCR stimulation encode different cytokine programs. Finally, we show that the LiTe system could be exploited to create light-activated bispecific T cell engagers and manipulate tumor cell killing. Overall, the LiTe system provides new opportunities to understand how T cells integrate TCR stimulations and to trigger T cell cytotoxicity with a high spatiotemporal control.

SUMMARY The molecular mechanisms by which the gut microbiome influences human health remain largely unknown. Pseudomonadota is the third most abundant phylum in normal gut microbiomes. Several pathogens in this phylum can inject so-called virulence effector proteins into host cells. We report the identification of intact type 3 secretion systems (T3SS) in 5 - 20% of commensal Pseudomonadota in normal human gut microbiomes. To understand their functions, we experimentally generated a high-quality protein-protein meta-interactome map consisting of 1,263 interactions between 289 bacterial effectors and 430 human proteins. Effector targets are enriched for metabolic and immune functions and for genetic variation of microbiome-influenced traits including autoimmune diseases. We demonstrate that effectors modulate NF-κB signaling, cytokine secretion, and adhesion molecule expression. Finally, effectors are enriched in metagenomes of Crohn’s disease, but not ulcerative colitis patients pointing toward complex contributions to the etiology of inflammatory bowel diseases. Our results suggest that effector-host protein interactions are an important regulatory layer by which the microbiome impacts human health.

Abstract PSD95-disc large-zonula occludens (PDZ) domains are globular modules of 80-90 amino acids that co-evolved with multicellularity. They commonly bind to carboxy-terminal sequences of a plethora of membrane-associated proteins and influence their trafficking and signaling. We previously built a PDZ resource (PDZome) allowing to unveil human PDZ interactions by Yeast two-hybrid. Yet, this resource is partial according to the current knowledge on the human PDZ proteome. Here we built the PDZome 2.0 library for Yeast two-hybrid, based in a PDZ library manually curated from online resources. The PDZome2.0 contains 305 individual clones (266 PDZ domains in isolation and 39 tandems), for which all boundaries have been designed based on available PDZ structures. Using as bait the E6 oncoprotein from HPV16, a known promiscuous PDZ interactor, we show that PDZome 2.0 outperforms the previous resource.