In 2008, we published the first set of guidelines for standardizing research in autophagy. Since then, this topic has received increasing attention, and many scientists have entered the field. Our knowledge base and relevant new technologies have also been expanding. Thus, it is important to formulate on a regular basis updated guidelines for monitoring autophagy in different organisms. Despite numerous reviews, there continues to be confusion regarding acceptable methods to evaluate autophagy, especially in multicellular eukaryotes. Here, we present a set of guidelines for investigators to select and interpret methods to examine autophagy and related processes, and for reviewers to provide realistic and reasonable critiques of reports that are focused on these processes. These guidelines are not meant to be a dogmatic set of rules, because the appropriateness of any assay largely depends on the question being asked and the system being used. Moreover, no individual assay is perfect for every situation, calling for the use of multiple techniques to properly monitor autophagy in each experimental setting. Finally, several core components of the autophagy machinery have been implicated in distinct autophagic processes (canonical and noncanonical autophagy), implying that genetic approaches to block autophagy should rely on targeting two or more autophagy-related genes that ideally participate in distinct steps of the pathway. Along similar lines, because multiple proteins involved in autophagy also regulate other cellular pathways including apoptosis, not all of them can be used as a specific marker for

Abstract Defining the transcriptomic identity of clonally related malignant cells is challenging in the absence of cell surface markers that distinguish cancer clones from one another or from admixed non-neoplastic cells. While single-cell methods have been devised to capture both the transcriptome and genotype, these methods are not compatible with droplet-based single-cell transcriptomics, limiting their throughput. To overcome this limitation, we present single-cell Genotyping of Transcriptomes (GoT), which integrates cDNA genotyping with high-throughput droplet-based single-cell RNA-seq. We further demonstrate that multiplexed GoT can interrogate multiple genotypes for distinguishing subclonal transcriptomic identity. We apply GoT to 26,039 CD34 + cells across six patients with myeloid neoplasms, in which the complex process of hematopoiesis is corrupted by CALR -mutated stem and progenitor cells. We define high-resolution maps of malignant versus normal hematopoietic progenitors, and show that while mutant cells are comingled with wildtype cells throughout the hematopoietic progenitor landscape, their frequency increases with differentiation. We identify the unfolded protein response as a predominant outcome of CALR mutations, with significant cell identity dependency. Furthermore, we identify that CALR mutations lead to NF-κB pathway upregulation specifically in uncommitted early stem cells. Collectively, GoT provides high-throughput linkage of single-cell genotypes with transcriptomes and reveals that the transcriptional output of somatic mutations is heavily dependent on the native cell identity.

Abstract Massively parallel DNA sequencing is a critical tool for genomics research and clinical diagnostics. Here, we describe the Association of Biomolecular Resource Facilities (ABRF) Next-Generation Sequencing Phase II Study to measure quality and reproducibility of DNA sequencing. Replicates of human and bacterial reference DNA samples were generated across multiple sequencing platforms, including well-established technologies such as Illumina, ThermoFisher Ion Torrent, and Pacific Biosciences, as well as emerging technologies such as BGI, Genapsys, and Oxford Nanopore. A total of 202 datasets were generated to investigate the performance of a total of 16 sequencing platforms, including mappability of reads, coverage and error rates in difficult genomic regions, and detection of small-scale polymorphisms and large-scale structural variants. This study provides a comprehensive baseline resource for continual benchmarking as chemistries, methods, and platforms evolve for DNA sequencing.

ABSTRACT Among the described indicators of mitochondrial damage, externalization of the phospholipid cardiolipin (CL) to the outer mitochondrial membrane has been proposed to trigger mitophagy, acting as a signal for binding the autophagy protein LC3B. However, the behavior of the other LC3 subfamily members has not been explored yet. In the present contribution, a comparative analysis of the interaction of LC3B, LC3A and LC3C with CL-containing model membranes, as well as their ability to translocate to mitochondria was assessed. Binding of LC3A to CL was higher than that of LC3B, and both proteins showed a similar ability to colocalize with mitochondria upon induction of CL externalization by rotenone in HeLa-NDPK-D or SH-SY5Y cells. Two residues located in the N-terminal region of LC3A were shown to be important for its recognition of damaged mitochondria. Moreover, the in vitro results suggested a possible role of LC3A, but not of LC3B, in oxidized-CL recognition as a counterweight to excessive apoptosis activation. In the case of LC3C, even if this protein showed a higher binding than LC3B or LC3A to CL, binding was less specific, and colocalization of LC3C with mitochondria was not rotenonedependent. These results suggest that, at variance with LC3A, LC3C does not participate in the rotenone-CL mitophagy mechanism. The data support the notion that the various LC3/GABARAP family members might play different roles during autophagy initiation, identifying LC3A as a novel stakeholder in CL-mediated mitophagy.

Abstract Cytosine modifications in DNA such as 5-methylcytosine (5mC) underlie a broad range of developmental processes, maintain cellular lineage specification, and can define or stratify cancer and other diseases. However, the wide variety of approaches available to interrogate these modifications has created a need for harmonized materials, methods, and rigorous benchmarking to improve genome-wide methylome sequencing applications in clinical and basic research. Here, we present a multi-platform assessment and a global resource for epigenetics research from the FDA’s Epigenomics Quality Control (EpiQC) Group. The study design leverages seven human cell lines that are designated as reference materials and publicly available from the National Institute of Standards and Technology (NIST) and Genome in a Bottle (GIAB) consortium. These samples were subject to a variety of genome-wide methylation interrogation approaches across six independent laboratories, with a primary focus was on 5-methylcytosine modifications. Each sample was processed in two or more technical replicates by three whole-genome bisulfite sequencing (WGBS) protocols (TruSeq DNA methylation, Accel-NGS MethylSeq, and SPLAT), oxidative bisulfite sequencing (TrueMethyl), one enzymatic deamination method (EMseq), targeted methylation sequencing (Illumina Methyl Capture EPIC), and single-molecule long-read nanopore sequencing from Oxford Nanopore Technologies. After rigorous quality assessment and comparison to Illumina EPIC methylation microarrays and testing on a range of algorithms (Bismark, BitmapperBS, BWAMeth, and GemBS), we found overall high concordance between assays (R=0.87-R0.93), differences in efficency of read mapping and CpG capture and coverage, and platform performance. The data provided herein can guide continued used of these reference materials in epigenomics assays, as well as provide best practices for epigenomics research and experimental design in future studies.

Abstract We tested the hypothesis that single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) analysis of human kidney allograft biopsies will reveal distinct cell types and states and yield insights to decipher the complex heterogeneity of alloimmune injury. We selected 3 biopsies of kidney cortex from 3 individuals for scRNA-seq and processed them fresh using an identical protocol on the 10x Chromium platform; (i) HK: native kidney biopsy from a living donor, (ii) AK1: allograft kidney with transplant glomerulopathy, tubulointerstitial fibrosis, and worsening graft function, and (iii) AK2: allograft kidney after successful treatment of active antibody-mediated rejection. We did not study T-cell-mediated rejections. We generated 7217 high-quality single cell transcriptomes. Taking advantage of the recipient-donor sex mismatches revealed by X and Y chromosome autosomal gene expression, we determined that in AK1 with fibrosis, 42 months after transplantation, more than half of the kidney allograft fibroblasts were recipient-derived and therefore likely migratory and graft infiltrative, whereas in AK2 without fibrosis, 84 months after transplantation, most fibroblasts were donor-organ-derived. Furthermore, AK1 was enriched for tubular progenitor cells overexpressing profibrotic extracellular matrix genes. AK2, eight months after successful treatment of rejection, contained endothelial cells that expressed T-cell chemoattractant cytokines. In addition to these key findings, our analysis revealed unique cell types and states in the kidney. Altogether, single-cell transcriptomics yielded novel mechanistic insights, which could pave the way for individualizing the care of transplant recipients.

ABSTRACT Background DNA methylation in CpG context is fundamental to the epigenetic regulation of gene expression in high eukaryotes. Disorganization of methylation status is implicated in many diseases, cellular differentiation, imprinting, and other biological processes. Techniques that enrich for biologically relevant genomic regions with high CpG content are desired, since, depending on the size of an organism’s methylome, the depth of sequencing required to cover all CpGs can be prohibitively expensive. Currently, restriction enzyme based reduced representation bisulfite sequencing and its modified protocols are widely used to study methylation differences. Recently, Agilent Technologies and Roche NimbleGen have ventured to both reduce sequencing costs and capture CpGs of known biological relevance by marketing in-solution custom-capture hybridization platforms. We aimed to evaluate the similarities and differences of these three methods considering each targets approximately 10-13% of the human methylome. Results Overall, the regions covered per platform were as expected: targeted capture based methods covered >95% of their designed regions whereas the restriction enzyme-based method covered >70% of the expected fragments. While the total number of CpG loci shared by all methods was low, ~30% of any platform, the methylation levels of CpGs common across platforms were concordant. Annotation of CpG loci with genomic features revealed roughly the same proportions of feature annotations across the three platforms. Targeted capture methods encompass similar amounts of annotations with the restriction enzyme based method covering fewer promoters (~9%) and shores (~8%) and more unannotated loci (7-14%). Conclusions Although all methods are largely consistent in terms of covered CpG loci and cover similar proportions of annotated CpG loci, the restriction based enrichment results in more unannotated regions and the commercially available capture methods result in less off-target regions. Quality of DNA is very important for restriction based enrichment and starting material can be low. Conversely, quality of the starting material is less important for capture methods, and at least twice the amount of starting material is required. Pricing is marginally less for restriction based enrichment, and number of samples to be prepared is not restricted to the number of samples a kit supports. The one advantage of capture libraries is the ability to custom design areas of interest. The choice of the technique should be decided by the number of samples, the quality and quantity of DNA available and the biological areas of interest since comparable data are obtained from all platforms.

ABSTRACT Lipidomic analysis of the N-acyl components of sphingolipids in different mammalian tissues had revealed that brain tissue differed from all the other samples in that SM contained mainly C18:0 and C24:1 N-acyl chains, and that the most abundant Cer species was C18:0. Only in the nervous system was C18:0 found in sizable proportions. The high levels of C18:0 and C16:0, respectively in brain and non-brain SM, were important because SM is by far the most abundant sphingolipid in the plasma membrane. In view of these observations, the present paper is devoted to a comparative study of the properties of C16:0 and C18:0 sphingolipids (SM and Cer) pure and in mixtures of increasing complexities, using differential scanning calorimetry, confocal microscopy of giant unilamellar vesicles, and correlative fluorescence microscopy and atomic force microscopy of supported lipid bilayers. Membrane rigidity was measured by force spectroscopy. It was found that in mixtures containing dioleoyl phosphatidylcholine, sphingomyelin and cholesterol, i.e. representing the lipids predominant in the outer monolayer of cell membranes, lateral inhomogeneities occurred, with the formation of rigid domains within a continuous fluid phase. Inclusion of saturated Cer in the system was always found to increase the rigidity of the segregated domains. C18:0-based sphingolipids exhibit hydrocarbon chain-length asymmetry, and some singularities observed with this N-acyl chain, e.g. complex calorimetric endotherms, could be attributed to this property. Moreover, C18:0-based sphingolipids, that are typical of the excitable cells, were less miscible with the fluid phase than their C16:0 counterparts. The results could be interpreted as suggesting that the predominance of C18:0 Cer in the nervous system would contribute to the tightness of its plasma membranes, thus facilitating maintenance of the ion gradients.

ABSTRACT Sphingolipids (SL) are ubiquitous in mammalian cell membranes, yet there is little data on the behavior of cells under SL-restriction conditions. LY-B cells derive from a CHO line in which serine palmitoyl transferase (SPT), thus de novo SL synthesis, is suppressed, while maintaining the capacity of taking up and metabolizing exogenous sphingoid bases from the culture medium. In the present study LY-B cells were adapted to grow in a fetal bovine serum (FBS)-deficient medium to avoid external uptake of lipids. The lowest FBS concentration that allowed LY-B cell growth, though at a slow rate, under our conditions was 0.04%, i.e. 250-fold less than the standard (10%) concentration. Cells grown under limiting SL concentrations remained viable for at least 72 h. Enriching with sphingomyelin the SL-deficient medium allowed the recovery of control LY-B cell growth rates. Studies including whole cells, plasma membrane preparations, and derived lipid vesicles were carried out. Laurdan fluorescence was recorded to measure membrane molecular order, showing a significant decrease in the rigidity of LY-B cells, not only in plasma membrane but also in whole cell lipid extract, as a result of SL limitation in the growth medium. Plasma membrane preparations and whole cell lipid extracts were also studied using atomic force microscopy in the force spectroscopy mode. Force measurements demonstrated that lower breakthrough forces were required to penetrate samples obtained from SL-poor LY-B cells than those obtained from control cells. Mass-spectroscopic analysis was also a helpful tool to understand the rearrangement undergone by the LY-B cell lipid metabolism. The most abundant SL in LY-B cells, sphingomyelin, decreased by about 85% as a result of SL limitation in the medium, the bioactive lipid ceramide and the ganglioside precursor hexosylceramide decreased similarly, together with cholesterol. Quantitative SL analysis showed that a 250-fold reduction in sphingolipid supply to LY-B cells led to a 6-fold decrease in membrane sphingolipids, underlining the resistance to changes in composition of these cells. Plasma membrane compositions exhibited similar changes, at least qualitatively, as the whole cells with SL restriction. A linear correlation was observed between the sphingomyelin concentration in the membranes, the degree of lipid order as measured by laurdan fluorescence, and membrane breakthrough forces assessed by atomic force microscopy. Concomitant changes were detected in glycerophospholipids under SL-restriction conditions.

Among the MAP1LC3/LC3 subfamily of Atg8 proteins, LC3B and LC3C constitute the most and least studied members, respectively, LC3B being generally considered as an autophagosomal marker and a canonical representative of the LC3 subfamily. In several recent studies, LC3C has emerged as an important modulator in various processes of cell homeostasis. Our own research data demonstrate that LC3C induces higher levels of tethering and of intervesicular lipid mixing than LC3B. LC3C contains a peculiar N-terminal region, different from the other Atg8-family protein members. Using a series of mutants, we have shown that the N-terminal region of LC3C is responsible for the enhanced vesicle tethering, membrane perturbation and vesicle-vesicle fusion activities of LC3C as compared to LC3B.