One promising approach for in vivo studies of cell proliferation is the FUCCI system (fluorescent ubiquitination-based cell cycle indicator).Here, we report the development of a Drosophila-specific FUCCI system (Fly-FUCCI) that allows one to distinguish G1, S, and G2 phases of interphase.Fly-FUCCI relies on fluorochrome-tagged degrons from the Cyclin B and E2F1 proteins, which are degraded by the ubiquitin E3-ligases APC/C and CRL4 Cdt2 , during mitosis or the onset of S phase, respectively.These probes can track cell-cycle patterns in cultured Drosophila cells, eye and wing imaginal discs, salivary glands, the adult midgut, and probably other tissues.To support a broad range of experimental applications, we have generated a toolkit of transgenic Drosophila lines that express the Fly-FUCCI probes under control of the UASt, UASp, QUAS, and ubiquitin promoters.The Fly-FUCCI system should be a valuable tool for visualizing cell-cycle activity during development, tissue homeostasis, and neoplastic growth.

Abstract The dense Variant Surface Glycoprotein (VSG) coat of African trypanosomes represents the primary host-pathogen interface. Antigenic variation prevents clearing of the pathogen by employing a large repertoire of antigenically distinct VSG genes, thus neutralizing the host’s antibody response. To explore the epitope space of VSGs, we generated anti-VSG nanobodies and combined high-resolution structural analysis of VSG-nanobody complexes with binding assays on living cells, revealing that these camelid antibodies bind deeply inside the coat. One nanobody caused rapid loss of cellular motility, possibly due to blockage of VSG mobility on the coat, whose rapid endo-and exocytosis is mechanistically linked to T. brucei propulsion and whose density is required for survival. Electron microscopy studies demonstrated that this loss of motility was accompanied by rapid formation and shedding of nanovesicles and nanotubes, suggesting that increased protein crowding on the dense membrane can be a driving force for membrane fission in living cells.

Summary Poorly antigenic small molecules pose challenges for the production of clinically efficacious antibodies. To address this, we have developed an immunization platform derived from the antigenic surface coat of the African trypanosome. Through sortase-based conjugation of antigens to the trypanosome surface coat protein variant surface glycoprotein (VSG), we created the VAST ( V SG-immunogen A rray by S ortase T agging). We used VAST to elicit protective immunity to the effects fentanyl. Immunizing mice with fentanyl-VAST generated serological memory and protection from fentanyl challenge. Employing single-cell RNAseq, we then developed a streamlined method that synergizes with the VAST to identify immunization-elicited memory B cells and the antibodies they encode. All antibodies selected by this method displayed picomolar affinities for fentanyl. Passive immunization protected animals from fentanyl, while crystallography revealed that the mAbs bind fentanyl in an unusually deep pocket suited to small molecules, demonstrating the ability of the VAST to elicit high-quality therapeutic antibodies.

ABSTRACT Long-term immune evasion by the African trypanosome is achieved through repetitive cycles of surface protein replacement with antigenically distinct versions of the dense Variant Surface Glycoprotein (VSG) coat. Thousands of VSG genes and pseudo-genes exist in the parasite genome that, together with genetic recombination mechanisms, allow for essentially unlimited immune escape from the host’s adaptive immune system. The diversity space of the “VSGnome” at the protein level was thought to be limited to a few related folds whose structures were determined more than 30 years ago. However, recent progress has shown that the VSGs possess significantly more architectural variation than had been appreciated. Here we combine experimental X-ray crystallography with deep-learning structural prediction using Alphafold to produce models of hundreds of VSG proteins. We classify the VSGnome into groups based on protein architecture and oligomerization state, contextualize recent bioinformatics clustering schemes, and extensively map VSG-diversity space. We demonstrate that in addition to the structural variability and post-translational modifications observed thus far, VSGs are also characterized by variations in oligomerization state and possess inherent flexibility and alternative conformations, lending additional variability to what is exposed to the immune system. Finally, these additional experimental structures and the hundreds of Alphafold predictions confirm that the molecular surfaces of the VSGs remain distinct from variant to variant, supporting the hypothesis that protein surface diversity is central to the process of antigenic variation used by this organism during infection.

Abstract During infection of mammalian hosts, African trypanosomes thwart immunity using antigenic variation of the dense Variant Surface Glycoprotein (VSG) coat, accessing a large repertoire of thousands of genes and pseudogenes and switching to antigenically distinct copies. The parasite is transferred to mammalian hosts through the bite of the tsetse fly. In the salivary glands of the fly, the pathogen adopts the metacyclic form and expresses a limited repertoire of VSG genes specific to that developmental stage. It has remained unknown whether the metacyclic VSGs possess distinct properties associated with this particular and discrete phase of the parasite life cycle. We show here using bioinformatic, crystallographic, and immunological analyses of three metacyclic VSGs that they closely mirror the known classes of bloodstream form VSGs both in structure and in the immunological responses they elicit.

Abstract Memory B cells (MBCs) formed over the individual’s lifetime constitute nearly half of the adult peripheral blood B cell repertoire in humans. To assess their response to novel antigens, we tracked the origin and followed the differentiation paths of MBCs in the early anti-S response to mRNA vaccination in SARS-CoV-2-naïve individuals on single-cell and monoclonal antibody level. Newly generated and pre-existing MBCs differed in their differentiation paths despite similar levels of SARS-CoV-2 and common corona virus S-reactivity. Pre-existing highly mutated MBCs showed no signs of germinal center re-entry and rapidly developed into mature antibody secreting cells (ASCs). In contrast, newly generated MBCs derived from naïve precursors showed strong signs of antibody affinity maturation before differentiating into ASCs. Thus, although pre-existing human MBCs have an intrinsic propensity to differentiate into ASCs, the quality of the anti-S antibody and MBC response improved through the clonal selection and affinity maturation of naïve precursors. Highlights mRNA vaccination of SARS-CoV-2 naïve individuals recruits naïve and pre-existing MBCs with similar levels of S-reactivity into the response S-reactive naïve but not pre-existing MBCs undergo affinity maturation S-reactive pre-existing MBCs dominate the early ASC response independent of their antigen affinity High-affinity S-reactive MBCs and ASCs develop over time and originate from affinity matured naïve precursors

Suramin has been a primary early-stage treatment for African trypanosomiasis for nearly one hundred years. Recent studies revealed that trypanosome strains that express the Variant Surface Glycoprotein VSGsur possess heightened resistance to suramin. We show here that VSGsur binds tightly to suramin, other VSGs do not, and that together with VSG13 it defines a structurally divergent subgroup of these coat proteins. The co-crystal structure of VSGsur with suramin reveals that the chemically symmetric drug binds within a large cavity in the VSG homodimer asymmetrically, primarily through contacts of its central benzene rings. Structure-based, loss-of-contact mutations in VSGsur significantly decrease the affinity to suramin and lead to a loss of the resistance phenotype. Altogether, these data show that the resistance phenotype is dependent on the binding of suramin to VSGsur, establishing that the VSG proteins can possess functionality beyond their role in antigenic variation.