Abstract The repression of transposons by the Piwi-interacting RNA (piRNA) pathway is essential to protect animal germ cells. In Drosophila ovaries, Panoramix (Panx) enforces transcriptional silencing by binding to the target-engaged Piwi-piRNA complex, although the precise mechanisms by which this occurs remain elusive. Here, we show that Panx functions together with a germline specific paralogue of a nuclear export factor, dNxf2, and its cofactor dNxt1 (p15), as a ternary complex to suppress transposon expression. Structural and functional analyses demonstrate that dNxf2 binds Panx via its UBA domain, which plays an important role in transposon silencing. Unexpectedly, dNxf2 interacts directly with dNxf1 (TAP), a general nuclear export factor. As a result, dNxf2 prevents dNxf1 from binding to the FG repeats of the nuclear pore complex, a process required for proper RNA export. Transient tethering of dNxf2 to nascent transcripts leads to their nuclear retention. Therefore, we propose that dNxf2 may function as a Pandas ( Pa noramix-d N xf2 d ependent T A P/p15 s ilencing) complex, which counteracts the canonical RNA exporting machinery and restricts transposons to the nuclear peripheries. Our findings may have broader implications for understanding how RNA metabolism modulates epigenetic gene silencing and heterochromatin formation.

Abstract Natural genetic variation in mitochondrial and nuclear genomes can influence phenotypes by perturbing coadapted mitonuclear interactions. Mitonuclear epistasis, i.e. non-additive phenotype effects of interacting mitochondrial and nuclear alleles, is emerging as a general feature in eukaryotes, yet very few mitonuclear loci have been identified. Here, we present a novel advanced intercrossed population of S. cerevisiae yeasts, called the Mitonuclear Recombinant Collection (MNRC), designed explicitly for detecting mitonuclear loci contributing to complex traits, and use this population to map the genetic basis to mtDNA loss. In yeast, spontaneous deletions within mtDNAs lead to the petite phenotype that heralded mitochondrial research. We show that in natural populations, rates of petite formation are variable and influenced by genetic variation in nuclear, mtDNAs and mitonuclear interactions. We then mapped nuclear and mitonuclear alleles contributing mtDNA stability using the MNRC by integrating mitonuclear epistasis into a genome-wide association model. We found that associated mitonuclear loci play roles in mitotic growth most likely responding to retrograde signals from mitochondria, while associated nuclear loci with main effects are involved in genome replication. We observed a positive correlation between growth rates and petite frequencies, suggesting a fitness tradeoff between mitotic growth and mtDNA stability. We also found that mtDNA stability was influenced by a mobile mitochondrial GC-cluster that is expanding in certain populations of yeast and that selection for nuclear alleles that stabilize mtDNA may be rapidly occurring. The MNRC provides a powerful tool for identifying mitonuclear interacting loci that will help us to better understand genotype-phenotype relationships and coevolutionary trajectories. Author Summary Genetic variation in mitochondrial and nuclear genomes can perturb mitonuclear interactions and lead to phenotypic differences between individuals and populations. Despite their importance to most complex traits, it has been difficult to identify the interacting loci. Here, we created a novel population of yeast designed explicitly for mapping mitonuclear loci contributing to complex traits and used this population to map genes influencing the stability of mitochondrial DNA (mtDNA). We found that mitonuclear interacting loci were involved in mitotic growth while non-interacting loci were involved in genome replication. We also found evidence that selection for mitonuclear loci that stabilize mtDNAs occurs rapidly. This work provides insight into mechanisms underlying maintenance of mtDNAs. The mapping population presented here is an important new resource that will help to understand genotype/phenotype relationships and coevolutionary trajectories.

Abstract DEAD (Glu-Asp-Ala-Glu)-box RNA helicases have been proven to contribute to antiviral innate immunity. DDX21 RNA helicase was identified as a nuclear protein involved in ribosomal RNA processing and RNA unwinding. DDX21 was also proved to be the scaffold protein in the complex of DDX1-DDX21-DHX36 which senses double strand RNA and initiates downstream innate immunity. Here, we identified that DDX21 undergoes caspase-dependent cleavage after virus infection and treatment with RNA/DNA ligands, especially for RNA virus and ligands. Caspase-3/6 cleave DDX21 at D 126 and promotes its translocation from the nucleus to the cytoplasm in response to virus infection. The cytoplasmic cleaved DDX21 negatively regulates the IFN-β signaling pathway by suppressing the formation of DDX1-DDX21-DHX36 complex. Thus, our data identify DDX21 as a regulator of immune balance and most importantly uncover a potential role of DDX21 cleavage in the innate immunity response towards virus. Importance Innate immunity serves as the first barrier against virus infection. DEAD (Glu-Asp-Ala-Glu)-box RNA helicases, originally considered to be involved RNA processing and RNA unwinding, have been shown to play an important role in anti-viral innate immunity. The precise regulation of innate immunity is critical for the host because the aberrant production of cytokines leads to unexpected pathological consequences. Here, we identified DDX21 was cleaved at D 126 by virus infection and treatment with RNA/DNA ligands via the caspase-3/6-dependent pathway. The cytoplasmic cleaved DDX21 negatively regulates the IFN-β signaling pathway by suppressing the formation of DDX1-DDX21-DHX36 complex. In sum, our data identify DDX21 as a regulator of immune balance and most importantly uncover a potential role of DDX21 cleavage in the innate immunity response towards virus.

Background Pronuclear assessment appears to have the ability to distinguish good and bad embryos in the zygote stage, but paradoxical results were obtained in clinical studies. This situation might be caused by the robust qualitative detection of the development of dynamic pronuclei. Here, we aim to establish a quantitative pronuclear measurement method by applying expert experience deep learning from large annotated datasets. Methods Convinced handle-annotated 2PN images (13419) were used for deep learning then corresponded errors were recorded through handle check for subsequent parameters adjusting. We used 790 embryos with 52479 PN images from 155 patients for analysis the area of pronuclei and the pre-implantation genetic test results. Establishment of the exponential fitting equation and the key coefficient β 1was extracted from the model for quantitative analysis for pronuclear(PN) annotation and automatic recognition. Findings Based on the female original PN coefficient β1, the chromosome-normal rate in the blastocyst with biggest PN area is much higher than that of the blastocyst with smallest PN area (58.06% vs. 45.16%, OR=1.68 [1.07–2.64]; P =0.031). After adjusting coefficient β1 by the first three frames which high variance of outlier PN areas was removed, coefficient β1 at 12 hours and at 14 hours post-insemination, similar but stronger evidence was obtained. All these discrepancies resulted from the female propositus in the PGT-SR subgroup and smaller chromosomal errors. Conclusion(s) The results suggest that detailed analysis of the images of embryos could improve our understanding of developmental biology. Funding None

Protein glycosylation is a widespread post-translational modification. The first committed step to the lipid-linked glycan used for this process is catalysed by dolichyl-phosphate N-acetylglucosamine-phosphotransferase DPAGT1 (GPT/E.C. 2.7.8.15). Missense DPAGT1 variants cause congenital myasthenic syndrome and congenital disorders of glycosylation. In addition, naturally-occurring bactericidal nucleoside analogues such as tunicamycin are toxic to eukaryotes due to DPAGT1 inhibition, preventing their clinical use as antibiotics. However, little is known about the mechanism or the effects of disease-associated mutations in this essential enzyme. Our structures of DPAGT1 with the substrate UDP-GlcNAc and tunicamycin reveal substrate binding modes, suggest a mechanism of catalysis, provide an understanding of how mutations modulate activity (and thus cause disease) and allow design of non-toxic lipid-altered tunicamycins. The structure-tuned activity of these analogues against several bacterial targets allowed design of potent antibiotics for Mycobacterium tuberculosis, enabling treatment in vitro, in cellulo and in vivo thereby providing a promising new class of antimicrobial drug.

Tumor necrosis factor receptor (TNF)-associated factor 4 (TRAF4) is an important regulator of type 2 responses in the airway; however, the underlying cellular and molecular mechanisms remain elusive. Herein, we generated T cell-specific TRAF4-deficient (CD4cre-Traf4fl/fl) mice and investigated the role of TRAF4 in interleukin (IL)-33 receptor (ST2, suppression of tumorigenicity 2)-expressing memory Th2 cells (ST2+ mTh2) in IL-33-mediated type 2 airway inflammation. We found that in vitro polarized TRAF4-deficient (CD4cre- Traf4fl/fl) ST2+ mTh2 cells exhibited decreased IL-33-induced proliferation as compared with TRAF4-sufficient (Traf4fl/fl) cells. Moreover, CD4cre-Traf4fl/fl mice showed less ST2+ mTh2 cell proliferation and eosinophilic infiltration in the lungs than Traf4fl/fl mice in the preclinical models of IL-33-mediated type 2 airway inflammation. Mechanistically, we discovered that TRAF4 was required for the activation of AKT/mTOR and ERK1/2 signaling pathways as well as the expression of transcription factor Myc and nutrient transporters (Slc2a1, Slc7a1, and Slc7a5), signature genes involved in T cell growth and proliferation, in ST2+ mTh2 cells stimulated by IL-33. Taken together, the current study reveals a previously unappreciated role of TRAF4 in ST2+ mTh2 cells in IL-33-mediated type 2 pulmonary inflammation, opening up avenues for the development of new therapeutic strategies.

Abstract Cytoplasmic stress granules (SGs) are generally triggered by stress-induced translation arrest for storing mRNAs. Recently, it has been shown that SGs exert anti-viral functions due to their involvement in protein synthesis shut off and recruitment of innate immune signaling intermediates. The largest RNA virus, coronavirus, mutates frequently and circulates among animals, imposing great threat to public safety and animal health; however, the significance of SGs in coronavirus infections is largely unknown. Infectious bronchitis virus (IBV) is the first identified coronavirus in 1930s and has been prevalent in poultry farm for many years. In this study, we provide evidence that IBV overcomes the host antiviral response by inhibiting SGs formation via the virus-encoded endoribonuclease nsp15. By immunofluorescence analysis, we observed that IBV infection not only did not trigger SGs formation in approximately 80% of the infected cells, but also impaired the formation of SGs triggered by heat shock, sodium arsenite, or NaCl stimuli. We show that the intrinsic endoribonuclease activity of nsp15 is responsible for the inhibition of SGs formation. In fact, nsp15-defective recombinant IBV (rIBV-nsp15-H238A) greatly induced the formation of SGs, along with accumulation of dsRNA and activation of PKR, whereas wild type IBV failed to do so. Consequently, infection with rIBV-nsp15-H238A triggered transcription of IFN-β which in turn greatly affected recombinant virus replication. Further analysis showed that SGs function as antiviral hub, as demonstrated by the attenuated IRF3-IFN response and increased production of IBV in SG-defective cells. Additional evidence includes the aggregation of PRRs and signaling intermediates to the IBV-induced SGs. Collectively, our data demonstrate that the endoribonuclease nsp15 of IBV suppresses the formation of antiviral hub SGs by regulating the accumulation of viral dsRNA and by antagonizing the activation of PKR, eventually ensuring productive virus replication. We speculate that coronaviruses employ similar mechanisms to antagonize the host anti-viral SGs formation for efficient virus replication, as the endoribonuclease function of nsp15 is conserved in all coronaviruses. Author summary It has been reported that stress granules (SGs) are part of the host cell antiviral response. Not surprisingly, viruses in turn produce an array of antagonists to counteract such host response. Here, we show that IBV inhibits the formation of SGs through its endoribonuclease nsp15, by reducing the accumulation of viral dsRNA, evading the activation of PKR, and by subsequently inhibiting eIF2α phosphorylation and SGs formation. Nsp15 also inhibits SG formation independent of the eIF2α pathway, probably by targeting host mRNA. Depletion of SG scaffold proteins decreases IRF3-IFN response and increases the production of IBV. All coronaviruses encode a conserved endoribonuclease nsp15, and it will be important to determine whether also other (non-avian) coronaviruses limit the formation of anti-viral SGs in a similar manner.

Abstract Background & Aims Macrophage inducible C-type lectin (Mincle) is expressed on Kupffer cells and senses ethanol-induced danger signals released from dying hepatocytes and promotes IL-1β production. However, it remains unclear what and how ethanol-induced Mincle ligands activate downstream signaling events to mediate IL-1β release and contribute to alcohol-associated liver disease (ALD). In this study, we investigated the association of circulating β-glucosylceramide (β-GluCer), an endogenous Mincle ligand, with severity of ALD and examined the mechanism by which β-GluCer engages Mincle on Kupffer cells to release IL-1β in the absence of cell death and exacerbates ALD. Approach and Results Concentrations of β-GluCer were increased in serum of patients with severe AH and correlated with disease severity. Challenge of Kupffer cells with LPS and β-GluCer induced formation of a Mincle and Gsdmd -dependent secretory complex containing chaperoned full-length GSDMD (Hsp90-CDC37-NEDD4) with polyubiquitinated pro-IL-1β and components of the Casp8-NLRP3 inflammasome loaded as cargo in small extracellular vesicles (sEV). Gao-binge ethanol exposure to wild-type, but not Mincle -/- and Gsdmd -/- , mice increased release of IL-1β containing sEVs from liver explant cultures. Myeloid-specific deletion of Gsdmd similarly decreased the formation of sEVs by liver explant cultures and protected mice from ethanol-induced liver injury. sEVs collected from ethanol-fed wild-type, but not Gsdmd -/- , mice promoted injury of cultured hepatocytes and, when injected into wild-type mice, aggravated Gao-binge ethanol-induced liver injury. Conclusion β-GluCer functions as a DAMP activating Mincle-dependent GSDMD-mediated formation and release of IL-1β-containing sEVs, which in turn exacerbate hepatocyte cell death and contribute to the pathogenesis of ALD.

Programmed death ligand 1 (PD-L1) has been recently shown to be a major obstacle to antiviral immunity by binding to its receptor programmed death 1 (PD-1) on specific IFN-γ producing T cells in chronic hepatitis B. Currently, IFN-α is widely used to treat hepatitis B virus(HBV)infection, but its antiviral effect vary greatly and the mechanism is not totally clear. We found that IFN-α/γ induced a marked increase of PD-L1 expression in hepatocytes. Signal and activators of transcription(Stat1)was then identified as a major transcription factor involved in IFN-α/γ-mediated PD-L1 elevation both in vitro and in mice. Blockage of the PD-L1/PD-1 interaction by a specific mAb greatly enhanced HBV-specific T cell activity by the gp96 adjuvanted therapeutic vaccine, and promoted HBV clearance in HBV transgenic mice. Our results demonstrate the IFN-α/γ-Stat1-PD-L1 axis plays an important role in mediating T cell hyporesponsiveness and inactivating liver-infiltrating T cells in the hepatic microenvironment. These data raise further potential interest in enhancing the anti-HBV efficacy of IFN-α and therapeutic vaccines.

The lack of highly sensitive and specific diagnostic biomarkers is a major contributor to the poor outcomes of patients with hepatocellular carcinoma (HCC), the second-most common cause of cancer deaths worldwide. We sought to develop a clinically convenient and minimally-invasive approach that can be deployed at scale for the sensitive, specific, and highly reliable diagnosis of HCC, and to evaluate the potential prognostic value of this approach. The study cohort comprised of 2,728 subjects, including HCC patients (n = 1,208), controls (n = 965) (572 healthy individuals and 393 patients with benign lesions), as well as patients with chronic hepatitis B infection (CHB) (n =291), liver cirrhosis (LC) (n= 110), and cholangio-carcinoma (CCC) (n = 154), was recruited from three major liver cancer hospitals in Shanghai, China, from July 2016 to November 2017. Circulating cell-free DNA (cfDNA) were collected from plasma samples from these individuals before surgery or any radical treatment. Applying our 5hmC-Seal technique, the summarized 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) pro-files in cfDNA were obtained. Molecular annotation analysis suggested that the profiled 5hmC loci in cfDNA were enriched with liver tissue-derived regulatory markers (e.g., H3K4me1). We showed that a weighted diagnostic score (wd-score) based on 117 genes detected using the summarized 5hmC profiles in cfDNA accurately distinguished HCC patients from controls (AUC = 95.1%; 95% CI, 93.6-96.5%) in the validation set, markedly outperformed α-fetoprotein (AFP) with superior sensitivity. The wd-scores, which not only detected early BCLC stages (e.g., Stage 0: AUC = 96.2%; 95% CI, 94.1-98.4%) and small tumors (e.g., < 2 cm: AUC = 95.7%; 95% CI: 93.6-97.7%), also showed high capacity for distinguishing HCC from non-cancer patients with CHB/LC (AUC = 80.2%; 95% CI, 75.8-84.6%). Moreover, the prognostic value of 5hmC markers in cfDNA was evaluated for HCC recurrence, showing that a weighted prognostic score (wp-score) based on 16 marker genes predicted the recurrence risk (HR = 6.67; 95% CI, 2.81-15.82, p < 0.0001) in 555 patients who have been followed up after surgery. In conclusion, we have developed and validated a robust 5hmC-based diagnostic model that can be applied routinely with clinically feasible amount of cfDNA (e.g., from ~2-5 mL of plasma). Applying this new approach in the clinic could significantly improve the clinical outcomes of HCC patients, for example by early detection of those patients with surgically resectable tumors or as a convenient disease surveillance tool for recurrence.