Abstract Thrombopoietin (TPO) and the TPO-receptor (TPO-R, or c-MPL)) are essential for hematopoietic stem cell (HSC) maintenance and megakaryocyte differentiation. Agents that can modulate TPO-R signaling are highly desirable, both experimentally and clinically. We have developed a series of surrogate protein-ligands for TPO-R, in the form of diabodies, that homodimerize the TPO-R on the cell surface in different geometries, in effect ‘tuning’ downstream signaling responses. These surrogate ligands exhibit diverse pharmacological properties, inducing graded signaling outputs, from full to partial TPO agonism and antagonism, thus decoupling the dual functions of TPO/TPO-R. Using scRNA sequencing and HSC self-renewal assays we find that partial agonistic diabodies preserved the stem-like properties of cultured HSCs, but also blocked oncogenic colony formation in Essential Thrombocythemia (ET) through inverse agonism. Our data suggest that dampening downstream TPO signaling is a powerful approach not only for HSC preservation in culture, but also for inhibiting oncogenic signaling through the TPO-R. Significance Statement The TPO cytokine, which signals through its receptor c-MPL (or TPO-R), is essential for megakaryocyte differentiation and maintenance of hematopoietic stem cells (HSCs). Its signaling is deregulated in Essential Thrombocythemia (ET). Here, we engineered diabodies (DBs) against the TPO-R as surrogate TPO ligands to manipulate TPO-R signaling, from full to partial to antagonism, thus decoupling the dual functions of TPO/TPO-R (i.e, HSC maintenance versus megakaryopoiesis). We subsequently discovered that partial agonistic DBs, by reducing the strength of the TPO-R signal, not only preserved HSCs in culture, but also blocked oncogenic signaling in ET. This finding has the potential to improve HSC cultures for transplants, as well as serve as a unique therapeutic approach for ET.

Abstract Wnt morphogens are critical for embryonic development and tissue regeneration. Canonical Wnts form ternary receptor complexes composed of tissue-specific Frizzled receptors together with the shared LRP5/6 co-receptors to initiate β-catenin signaling. The structure of a ternary complex of an affinity-matured XWnt8-Frizzled8-LRP6 complex elucidates the basis of co-receptor discrimination by canonical Wnts by means of their N-termini and linker domains that engage the LRP6 E1E2 domain funnels. Chimeric Wnts bearing modular linker ‘grafts’ were able to transfer LRP6 domain specificity between different Wnts and enable non-canonical Wnt5a to signal through the canonical pathway. Synthetic peptides comprising the linker domain serve as Wnt-specific antagonists. The structure of the ternary complex provides a topological blueprint for the orientation and proximity of Frizzled and LRP6 within the Wnt cell surface signalosome.

Membrane receptor guanylyl cyclases play a role in many important facets of human physiology, from regulating blood pressure to intestinal fluid secretion. The structural mechanisms which influence these important physiological processes have yet to be explored. We present the 3.9 Å resolution cryo-EM structure of the human membrane receptor guanylyl cyclase GC-C in complex with Hsp90 and its co-chaperone Cdc37, providing insight into the mechanism of Cdc37 mediated binding of GC-C to the Hsp90 regulatory complex. As a membrane protein and non-kinase client of Hsp90-Cdc37, this work shows the remarkable plasticity of Cdc37 to interact with a broad array of clients with significant sequence variation. Further, this work shows how membrane receptor guanylyl cyclases hijack the regulatory mechanisms used for active kinases to facilitate their regulation. Given the known druggability of Hsp90, these insights can guide the further development of membrane receptor guanylyl cyclase-targeted therapeutics and lead to new avenues to treat hypertension, inflammatory bowel disease, and other membrane receptor guanylyl cyclase-related conditions.

Abstract Interleukin 27 (IL-27) is a heterodimeric cytokine that functions to constrain T cell-mediated inflammation and plays an important role in immune homeostasis. Binding of IL-27 to cell surface receptors IL-27Rα and gp130 results in activation of receptor-associated Janus Kinases and nuclear translocation of STAT1 and STAT3 transcription factors. Despite the emerging therapeutic importance of this cytokine axis in cancer and autoimmunity, a molecular blueprint of the IL-27 receptor signaling complex, and its relation to other gp130/IL-12 family cytokines, is currently unclear. We used cryogenic-electron microscopy (cryo-EM) to determine the quaternary structure of IL-27 (p28/Ebi3) bound to receptor subunits, IL-27Rα and gp130. The resulting 3.47 Å resolution structure revealed a three-site assembly mechanism nucleated by the central p28 subunit of the cytokine. The overall topology and molecular details of this binding are reminiscent of IL-6 but distinct from related heterodimeric cytokines IL-12 and IL-23. These results indicate distinct receptor assembly mechanisms used by heterodimeric cytokines with important consequences for targeted agonism and antagonism of IL-27 signaling.