Understanding how functional lipid domains in live cell membranes are generated has posed a challenge. Here, we show that transbilayer interactions are necessary for the generation of cholesterol-dependent nanoclusters of GPI-anchored proteins mediated by membrane-adjacent dynamic actin filaments. We find that long saturated acyl-chains are required for forming GPI-anchor nanoclusters. Simultaneously, at the inner leaflet, long acyl-chain-containing phosphatidylserine (PS) is necessary for transbilayer coupling. All-atom molecular dynamics simulations of asymmetric multicomponent-membrane bilayers in a mixed phase provide evidence that immobilization of long saturated acyl-chain lipids at either leaflet stabilizes cholesterol-dependent transbilayer interactions forming local domains with characteristics similar to a liquid-ordered (lo) phase. This is verified by experiments wherein immobilization of long acyl-chain lipids at one leaflet effects transbilayer interactions of corresponding lipids at the opposite leaflet. This suggests a general mechanism for the generation and stabilization of nanoscale cholesterol-dependent and actin-mediated lipid clusters in live cell membranes.

Abstract Many viruses utilize the host endo-lysosomal network to infect cells. Tracing the endocytic itinerary of SARS-CoV2 can provide insights into viral trafficking and aid in designing new therapeutic targets. Here, we demonstrate that the receptor binding domain (RBD) of SARS-CoV2 is internalized via the clathrin and dynamin-independent, pH-dependent CLIC/GEEC (CG) endocytic pathway. Endosomal acidification inhibitors like BafilomycinA1 and NH 4 Cl, which inhibit the CG pathway, strongly block the uptake of RBD. Using transduction assays with SARS-CoV2 Spike-pseudovirus, we confirmed that these acidification inhibitors also impede viral infection. By contrast, Chloroquine neither affects RBD uptake nor extensively alters the endosomal pH, yet attenuates Spike-pseudovirus entry, indicating a pH-independent mechanism of intervention. We screened a subset of FDA-approved acidification inhibitors and found Niclosamide to be a potential SARS-CoV2 entry inhibitor. Niclosamide, thus, could provide broader applicability in subverting infection of similar category viruses entering host cells via this pH-dependent endocytic pathway.

Pancreatic cancer is an aggressive malignancy with a poor survival rate because it is difficult to diagnose the disease during its early stages. The currently available treatments, which include surgery, chemotherapy and radiation therapy, offer only limited survival benefit. Pharmacological interventions to inhibit Glycogen Synthase Kinase-3beta (GSK3β) activity is an important therapeutic strategy for the treatment of pancreatic cancer because GSK3β is one of the key factors involved in the onset, progression as well as in the acquisition of chemoresistance in pancreatic cancer. Here, we report the identification of MJ34 as a potent GSK3β inhibitor that significantly reduced growth and survival of human mutant KRas dependent pancreatic tumors. MJ34 mediated GSK3β inhibition was seen to induce apoptosis in a β-catenin dependent manner and downregulate NF-kB activity in MiaPaCa-2 cells thereby impeding cell survival and anti-apoptotic processes in these cells as well as in the xenograft model of pancreatic cancer. In vivo acute toxicity and in vitro cardiotoxicity studies indicate that MJ34 is well tolerated without any adverse effects. Taken together, we report the discovery of MJ34 as a potential drug candidate for the therapeutic treatment of mutant KRas-dependent human cancers through pharmacological inhibition of GSK3β.

Plasma membrane tension is an important factor that regulates many key cellular processes. Membrane trafficking is tightly coupled to membrane tension and can modulate the latter by addition or removal of the membrane. However, the cellular pathway(s) involved in these processes are poorly understood. Although a number of endocytic processes function simultaneously at the cell surface, we find that a dynamin and clathrin-independent pathway, the CLIC/GEEC (CG) pathway, is rapidly and specifically upregulated upon reduction of tension. On the other hand, inhibition of the CG pathway results in lower membrane tension, while up regulation significantly enhances membrane tension. We find that vinculin, a well-studied mechanotransducer, mediates the tension-dependent regulation of the CG pathway. Vinculin negatively regulates a key CG pathway regulator, GBF1, at the plasma membrane in a tension dependent manner. Thus, the CG pathway operates in a negative feedback loop with membrane tension which leads to a homeostatic regulation of membrane tension.

ABSTRACT The plasma membrane (PM) of cells is an asymmetric bilayer composed of a complex mixture of lipids and proteins. The emergent biophysical properties of its leaflets and their consequence on cellular function remain unexplored owing to the limitation in available probes. In this manuscript, we report on the design and characterisation of a PM-localised solvatochromic probe, C3L, based on the established reporter Laurdan. C3L is retained at the inner-leaflet due to flippase and scramblase activity, as determined by Bovine Serum Albumin-based back exchange experiments. By measuring the Generalized Polarization of C3L we are able to determine membrane order, leaflet-by-leaflet at the PM. Our results reveal that the PM is made of a tightly-packed outer/exofacial-leaflet in contrast to a disordered inner/cytoplasmic-leaflet. This differential packing is established by the maintenance of lipid asymmetry, the presence of specific lipids, Sphingomyelin in the outer-leaflet and Phosphatidylserine at the inner-leaflet, and exaggerated during mesenchymal to epithelial transition. We find spatial signatures of local modulation of the inner leaflet by protein scaffolds which promote trans-bilayer coupling of lipids. C3L thus informs on steady state lipid organisation at the asymmetric membrane while allowing further exploration of spatial regulation of lateral heterogeneity at each leaflet.

Summary HIV-1 causes diverse immunomodulatory responses in the host, including the down-regulation of co-stimulatory proteins CD80/86, mediated by HIV-1 protein Nef, blunting T-cell activation. Using a screening cascade of biochemical and cell-based assays, we identified potent small molecules representing three chemical scaffolds namely amino pyrimidine, phenoxy acetamide and bi-aryl heteroaryl carbamate which target the protein-protein interaction interface of CD80/86 and Nef with sub-micromolar potency. These molecules restore CD80/86 surface levels in HIV-1-Nef infected antigen presenting cells and T-cell activation. Nef-CD80 interface and small molecule binding sites were mapped by using computational docking and structural studies, followed by validation by mutational analysis. This analysis resulted in the identification of two key residues, K99 and R111, which were associated with down-modulation of CD80 surface levels by Nef and important for small molecule binding. Targeting these interacting residues disabled Nef-mediated down-modulation of CD80 surface levels, consequently restoring T-cell activation. Thus, we validate a new target, the Nef-CD80/86 protein-protein interaction interface, with a potential to develop new inhibitors to counteract the immunomodulatory consequences of HIV-1.

Abstract Background Alzheimer pathology (AD) is accompanied by the deposition of amyloid beta (Aβ) and chronic neuroinflammation, where NLRP3 inflammasome is particularly involved. In this study, we found that the OCD drug fluvoxamine maleate (FXN) can potently ameliorate AD pathology in 5XFAD mice by autophagy-mediated clearance of Aβ and inhibition of NLRP3 inflammasome. Methods We used mice primary astrocytes to establish the mechanism of action of FXN against NLRP3 inflammasome by using various techniques like ELISA, Western blotting, confocal microscopy, Immunofluorescence, etc. The validation of the anti-AD activity of FXN was done in transgenic 5XFAD mice after two months of treatment followed by behavior analysis and studying inflammatory and autophagy proteins along with immunohistochemistry analysis for Aβ load in the hippocampi. Results Our data showed that FXN induces autophagy to inhibit NF-κB and NLRP3 inflammasome at a low concentration of 78 nM apart from directly inhibiting NLRP3 inflammasome in primary astrocytes. FXN activated the PRKAA2 pathway through CAMKK2 signaling, which led to the induction of autophagy in primary astrocytes. FXN inhibited the ATP-mediated NLRP3 inflammasome through autophagic degradation of NF-κB and thus caused the downregulation of pro-IL-1β and NLRP3. The anti-NLRP3 inflammasome effect of FXN was reversed when autophagy was inhibited either by genetic knockdown of the PRKAA2 pathway or by bafilomycin A1. Furthermore, FXN treatment led to improved AD pathology in 5XFAD mice, which displayed a significant improvement in multiple behavior parameters like working memory and neuromuscular coordination and they behaved more like wild-type animals. We found that FXN improved behavior in 5XFAD mice by clearing the Aβ deposits from the hippocampi along with a significant reduction in multiple inflammatory proteins, including NF-κB, GFAP, IBA1, IL-1β, TNF-α, and IL-6 associated with NF-κB and NLRP3 inflammasome in the brain. Moreover, these changes were accompanied by increased expression of autophagic proteins. Conclusion Our data suggest that to ameliorate AD pathology, FXN simultaneously targets two key pathological features of AD that is Aβ deposits and neuroinflammation. Being an approved drug, FXN can be pushed as a potential drug candidate for human studies against AD.