Abstract The stress response is an essential mechanism that strives to maintain homeostasis, and its disruption is implicated in several psychiatric disorders. As a cellular response to stressors, autophagy is activated to regulate homeostasis through protein degradation and recycling. Secretory autophagy is a recently described pathway where autophagosomes fuse with the plasma membrane rather than lysosomes. In this study, we demonstrate that glucocorticoid-mediated stress enhances secretory autophagy, via the stress-responsive co-chaperone FK506-binding protein 51. We identified the matrix metalloproteinase 9 (MMP9) as one of the stress-induced secreted proteins. Using cellular assays and in vivo microdialysis, we further found that stress-enhanced MMP9 secretion increases the cleavage of pro-brain derived neurotrophic factor (proBDNF) to its mature form. BDNF is essential for adult synaptic plasticity and its pathway is associated with major depression and posttraumatic stress disorder. These findings unravel a novel mechanistic link between stress, stress adaptation and the development of psychiatric disorders, with possible therapeutic implications.

Abstract The intricate interplay between DNA and proteins is key for biological functions such as DNA replication, transcription, and repair. To better understand these interactions, it is crucial to develop tools to study DNA-protein complexes with high spatial and temporal resolution. Here, we use the vertical orientation that DNA adopts on graphene and investigate its interactions with proteins via energy transfer from a probe dye to graphene, achieving spatial resolution down to the Ångström scale. We measured the bending angle of DNA induced by adenine tracts, bulges, abasic sites and the binding of Escherichia coli endonuclease IV with unprecedented precision and millisecond time resolution. Additionally, we observed the translocation of the O 6 -alkylguanine DNA alkyltransferase along double-stranded DNA, reaching single-base pair resolution and detecting an affinity for adenine tracts. Overall, we foresee that this method will become a widespread tool for the dynamical study of nucleic acid and nucleic acid-protein interactions.

Disturbed activation or regulation of the stress response through the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis is a fundamental component of multiple stress-related diseases, including psychiatric, metabolic and immune disorders. The FK506 binding protein 51 (FKBP5) is a negative regulator of the glucocorticoid receptor (GR), a main driver of HPA axis regulation, and FKBP5 polymorphisms have been repeatedly linked to stress-related disorders in humans. However, the specific role of Fkbp5 in the paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVN) in shaping HPA axis (re)activity remains to be elucidated. Using deletion, overexpression, and rescue of Fkbp5 exclusively in the PVN, we establish the fundamental importance of Fkbp5 in the HPA axis stress response. Furthermore, we show that Fkbp5 manipulation alters GR activation and elucidate the cellular complexity in the PVN, in which Fkbp5 operates.

PTSD has significant genetic heritability; however, it is unclear how genetic risk influences tissue-specific gene expression. We used brain and non-brain transcriptomic imputation models to impute genetically regulated gene expression (GReX) in 9,087 PTSD-cases and 23,811 controls and identified thirteen significant GReX-PTSD associations. The results suggest substantial genetic heterogeneity between civilian and military PTSD cohorts. The top study-wide significant PTSD-association was with predicted downregulation of the Small Nuclear Ribonucleoprotein U11/U12 Subunit 35 (SNRNP35) in the BA9 region of the prefrontal cortex (PFC) in military cohorts. In peripheral leukocytes from 175 U.S. Marines, the observed PTSD differential gene expression correlated with the predicted blood GReX differences for these individuals, and deployment stress downregulated SNRNP35 expression, primarily in Marines with post-deployment PTSD. SNRNP35 is a subunit of the minor spliceosome complex and SNRNP35 knockdown in cells validated its functional importance in U12-intron splicing. Finally, mimicking acute activation of the endogenous stress axis in mice downregulated PFC Snrnp35 expression.

High levels of proinflammatory cytokines induce neurotoxicity and catalyze inflammation-driven neurodegeneration, but the specific release mechanisms from microglia remain elusive. We demonstrate that secretory autophagy (SA), a non-lytic modality of autophagy for secretion of vesicular cargo, regulates neuroinflammation-mediated neurodegeneration via SKA2 and FKBP5 signaling. SKA2 inhibits SA-dependent IL-1β release by counteracting FKBP5 function. Hippocampal Ska2 knockdown in mice hyperactivates SA resulting in neuroinflammation, subsequent neurodegeneration and complete hippocampal atrophy within six weeks. The hyperactivation of SA increases IL-1β release, initiating an inflammatory feed-forward vicious cycle including NLRP3-inflammasome activation and Gasdermin D (GSDMD)-mediated neurotoxicity, which ultimately drives neurodegeneration. Results from protein expression and co-immunoprecipitation analyses of postmortem brains demonstrate that SA is hyperactivated in Alzheimer's disease. Overall, our findings suggest that SKA2-regulated, hyperactive SA facilitates neuroinflammation and is linked to Alzheimer's disease, providing new mechanistic insight into the biology of neuroinflammation.

A multitude of cellular responses to intrinsic and extrinsic signals converge on macroautophagy/autophagy, a conserved catabolic process that degrades cytoplasmic constituents and organelles in the lysosome, particularly during starvation or stress. In addition to protein degradation, autophagy is deeply interconnected with unconventional protein secretion and polarized sorting at multiple levels within eukaryotic cells. Secretory autophagy (SA) has been recognized as a novel mechanism in which autophagosomes fuse with the plasma membrane and actively participate in the secretion of a series of cytosolic proteins, ranging from tissue remodeling factors to inflammatory molecules of the IL1 family. SA is partially controlled by the glucocorticoid-responsive, HSP90 co-chaperone FKBP5 and members of the SNARE proteins, SEC22B, SNAP23, SNAP29, STX3 and STX4. SA deregulation is implicated in several inflammatory pathologies, including cancer, cell death and degeneration. However, the key molecular mechanisms governing SA and its regulation remain elusive, as does its role in neuroinflammation and neurodegeneration. To further characterize SA and pinpoint its involvement in neuroinflammatory processes, we studied SA-relevant protein interaction networks in mouse brain, microglia and human postmortem brain tissue from control subjects and Alzheimer disease cases. We demonstrate that SA regulates neuroinflammation-mediated neurodegeneration via SKA2 and FKBP5 signaling.