ABSTRACT Salmonella enterica serovar typhi is the causative agent of typhoid fever in human. The available vaccine lacks the effectiveness and further overuse of the antibiotics throughout the past decades lead to the emergence of antibiotic-resistant strains. To reduce the spread of antibiotic resistance, it is essential to develop new vaccines. In this study using an extensive bioinformatic analysis based on reverse vaccinology and subtractive genomics-based approach, we searched the genome of S typhi . We found that two outermost membrane proteins LptD and LptE, which are responsible for the final transport of the LPS across the membrane having most of the essential signature for being vaccine target. Both of these proteins are found highly conserved and possess shared surface epitopes among several species of Salmonella pathogens. This indicates that these two proteins could be the potential target for vaccine development, which could be effective for a broad range of Salmonella pathogens.

ABSTRACT Sterol 14-α-demethylase (C14DM) is a key enzyme in the biosynthesis of sterols and the primary target of azoles. In Leishmania major , genetic or chemical inactivation of C14DM leads to accumulation of 14-methylated sterol intermediates and profound plasma membrane abnormalities including increased fluidity and failure to maintain ordered membrane microdomains. These defects likely contribute to the hypersensitivity to heat and severely reduced virulence displayed by the C14DM-null mutants ( c14dm - ). In addition to plasma membrane, sterols are present in intracellular organelles. In this study, we investigated the impact of C14DM ablation on mitochondria. Our results demonstrate that c14dm - mutants have significantly higher mitochondrial membrane potential than wild type parasites. Such high potential leads to the buildup of reactive oxygen species in the mitochondria, especially under nutrient-limiting conditions. Consistent with these mitochondrial alterations, c14dm - mutants show impairment in respiration and are heavily dependent on glucose uptake and glycolysis to generate energy. Consequently, these mutants are extremely sensitive to glucose deprivation and such vulnerability can be rescued through the supplementation of glucose or glycerol. In addition, the accumulation of oxidants may also contribute to the heat sensitivity exhibited by c14dm - . Finally, genetic or chemical ablation of C14DM causes increased susceptibility to pentamidine, an antimicrobial agent with activity against trypanosomatids. In summary, our investigation reveals that alteration of sterol synthesis can negatively affect multiple cellular processes in Leishmania parasites and make them vulnerable to clinically relevant stress conditions. AUTHOR SUMMARY Sterols are well recognized for their stabilizing effects on the plasma membrane, but their functions in intracellular organelles are under explored, which hampers the development of sterol synthesis inhibitors as drugs. Our previous studies have demonstrated significant plasma membrane instability in the sterol biosynthetic mutant c14dm - in Leishmania major , a pathogenic protozoan responsible for cutaneous leishmaniasis causing 1-1.5 million infections a year. While the plasma membrane defects have undoubtedly contributed to the reduced virulence exhibited by c14dm - mutants, it was not clear whether other cellular processes were also affected. In this study, we revealed profound mitochondrial dysfunctions and elevated level of reactive oxygen species in c14dm - mutants. These sterol mutants rely heavily on glycolysis to generate energy and are extremely sensitive to glucose restriction. In addition, the accumulation of oxidants appears to be responsible (at least in part) for the previously observed heat sensitivity in c14dm - mutants. Thus, genetic or chemical inactivation of C14DM can influence the functions of cellular organelles beyond the plasma membrane. These findings shed light on the mechanism of action for azole compounds and provide new insight into the roles of sterol biosynthesis in Leishmania parasites.

Following each round of replication, daughter merozoites of the malaria parasite Plasmodium falciparum escape (egress) from the infected host red blood cell (RBC) by rupturing the parasitophorous vacuole membrane (PVM) and the RBC membrane (RBCM). A proteolytic cascade orchestrated by the parasite’s serine protease, subtilisin-like protease 1 (SUB1) regulates the membrane breakdown. SUB1 activation involves primary auto-processing of the 82 kDa zymogen to a 54 kDa (p54) intermediate that remains bound to its inhibitory propiece (p31) post cleavage. A second processing step converts p54 to the terminal 47 kDa (p47) form of SUB1. Although the aspartic protease plasmepsin X (PM X) has been implicated in the activation of SUB1, the mechanism remains unknown. Here, we show that upon knockdown of PM X the inhibitory p31/p54 complex of SUB1 accumulates in the parasites. Using recombinant PM X and SUB1, we show that PM X can directly cleave both p31 and p54. We have mapped the cleavage sites on recombinant p31. Furthermore, we demonstrate that the conversion of p54 to p47 can be effected by cleavage at either a SUB1 or PM X cleavage site that are adjacent to one another. Importantly once the p31 is removed, p54 is fully functional inside the parasites suggesting that the conversion to p47 is dispensable for SUB1 activity. Relief of propiece inhibition via a heterologous protease is a novel mechanism for subtilisin activation.Malaria parasites replicate inside a parasitophorous vacuole within the host red blood cells. Exit of mature progeny from the infected host cells is essential for further dissemination. Parasite exit is a highly regulated, explosive process that involves membrane breakdown. To do this, the parasite utilizes a serine protease, called the subtilisin-like protease 1 or SUB1 that proteolytically activates various effector proteins. SUB1 activity is dependent on an upstream protease, called plasmepsin X (PM X), although the mechanism was unknown. Here we describe the molecular basis for PM X mediated SUB1 activation. PM X proteolytically degrades the inhibitory segment of SUB1, thereby activating it. Involvement of a heterologous protease is a novel mechanism for subtilisin activation.

Abstract The intraerythrocytic malaria parasite Plasmodium falciparum exports hundreds of proteins into the host red blood cell (RBC). Most are targeted to the ER by a stretch of hydrophobic amino acids and cleaved further downstream at a conserved motif called the Protein Export Element (PEXEL) by the ER protease plasmepsin V (PM V). The mature effectors then travel through the secretory pathway to the parasitophorous vacuole (PV) that surrounds the parasite. There, PEXEL proteins are somehow recognized as export-destined proteins, as opposed to PV- resident proteins, and are selectively translocated out into the RBC. The mature N terminus appears to be important for export. There is conflicting data on whether PM V cleavage is needed for proper export, or whether any means of generating the mature N terminus would suffice. We replaced the PEXEL-containing N-terminal sequence of an exported GFP reporter with a signal peptide sequence and showed that precise cleavage by signal peptidase, generating the proper mature N terminus, yields export competence. Expressing a construct with only the native ER targeting signal without the PM V cleavage site dramatically decreased the amount of a mature PEXEL reporter, indicating that the hydrophobic stretch lacks an efficient cleavage signal. Therefore, the PEXEL motif functions as a specialized signal cleavage site when appropriately located after an ER targeting sequence. Our data suggest that PM V cleavage and RBC export are two independent events for PEXEL proteins. We also tested and rejected the hypothesis that an alpha-helical mature N terminus is necessary for export. Importance Malaria parasites export hundreds of proteins to the cytoplasm of the host red blood cells for their survival. A five amino acid sequence, called the PEXEL motif, is conserved among many exported proteins and is thought to be a signal for export. However, the motif is cleaved inside the endoplasmic reticulum of the parasite and mature proteins starting from the fourth PEXEL residue travel to the parasite periphery for export. We showed that the PEXEL motif is dispensable for export as long as identical mature proteins can be efficiently produced via alternative means in the ER. We also showed that the exported and non-exported proteins are differentiated at the parasite periphery based on their mature N termini, however, any discernible export signal within that region remained cryptic. Our study resolves a longstanding paradox in PEXEL protein trafficking.

Riboswitches are naturally occurring regulatory segments of RNA molecules that modulate gene expression in response to specific ligand binding. They serve as a molecular 'switch' that controls the RNA's structure and function, typically influencing the synthesis of proteins. Riboswitches are unique because they directly interact with metabolites without the need for proteins, making them attractive tools in synthetic biology and RNA-based therapeutics. In synthetic biology, riboswitches are harnessed to create biosensors and genetic circuits. Their ability to respond to specific molecular signals allows for the design of precise control mechanisms in genetic engineering. This specificity is particularly useful in therapeutic applications, where riboswitches can be synthetically designed to respond to disease-specific metabolites, thereby enabling targeted drug delivery or gene therapy. Advancements in designing synthetic riboswitches for RNA-based therapeutics hinge on sophisticated computational techniques, which are described in this chapter. The chapter concludes by underscoring the potential of computational strategies in revolutionizing the design and application of synthetic riboswitches, paving the way for advanced RNA-based therapeutic solutions.

Abstract The standard treatment for melanoma with a BRAF mutation involves Mitogen-Activated Protein Kinase inhibitors (MAPKi), which target the aberrant MAPK signaling pathway. Although patients initially respond well to this therapy, many develop acquired resistance over time. This resistance can be attributed to various altered signaling pathways, including the reactivation of the MAPK pathway, activation of alternative survival pathways like PI3K/PTEN/AKT, engagement of receptor tyrosine kinases (RTKs) such as PDGFRβ and EGFR, and developmental pathways. Despite extensive omics studies aimed at deciphering the mechanisms behind acquired resistance, the specific alterations within these pathways remain poorly understood. To gain further insights into acquired MAPKi resistance in melanoma, we explored the role of RNA splicing events by analyzing publicly available datasets of pre- and post-MAPKi treated melanoma from patient-derived cell lines and in vitro studies using PDX models. We investigated differential transcript usage (DTU) to detect specific splice variants altered during the development of resistance. Our analysis revealed significant transcript alterations during on-treatment that reverted to baseline states once resistance was established, underscoring the dynamic and adaptive nature of these changes. Genes with DTU were enriched in pathways related to MAPKi resistance, such as the MAPKi signaling pathway, PI3K/AKT pathway, and signaling by RTKs. Furthermore, the DTU-centered analysis provided better insights into MAPKi resistance mechanisms compared to standard differential gene expression (DEG) analysis, with DTUs showing higher enrichment scores in MAPKi resistance-related pathways. Further, identifying developmental splicing signatures highlights the complexity of MAPKi resistance, as it reveals significant upregulation of transcripts associated with embryonic melanoblast stem cells (MSCs) among the altered transcripts in on-treatment cell lines. This reprogramming through RNA splicing may confer an adaptive advantage, enabling melanoma cells to revert to a more plastic, stem-like state, with developmental splicing events playing a crucial role in the adaptive response to MAPKi therapy. Next, using a regulatory model based on the expression of splicing factors (SFs), we accurately predicted transcript alterations in on-treatment samples and identified key SFs. Our study highlights the crucial role of RNA splicing in the adaptive response of melanoma cells to MAPKi treatment. These insights pave the way for future research and therapeutic strategies focusing on RNA splicing to combat drug resistance in cancer. Citation Format: Sumit Mukherjee, Arashdeep Singh, Hyunjeong Joo, Sumeet Patiyal, Hyungsoo Kim, Lipika R. Pal, Kun Wang, Chi-Ping Day, Ze’ev A Ronai, Eytan Ruppin, Sridhar Hannenhalli. RNA splicing alterations in the development of acquired MAPKi resistance in melanoma [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: RNAs as Drivers, Targets, and Therapeutics in Cancer; 2024 Nov 14-17; Bellevue, Washington. Philadelphia (PA): AACR; Mol Cancer Ther 2024;23(11_Suppl):Abstract nr A004.