A recent genome-wide study revealed an association between variation in the PNPLA3 gene and liver fat content. In addition, the PNPLA3 single-nucleotide polymorphism rs738409 (M148I) was reported to be associated with advanced alcoholic liver disease in alcohol-dependent individuals of Mestizo descent. We therefore evaluated the impact of rs738409 on the manifestation of alcoholic liver disease in two independent German cohorts. Genotype and allele frequencies of rs738409 (M148I) were determined in 1,043 alcoholic patients with or without alcoholic liver injury and in 376 at-risk drinkers from a population-based cohort. Relative to alcoholic patients without liver damage (n = 439), rs738409 genotype GG was strongly overrepresented in patients with alcoholic liver cirrhosis (n = 210; OR 2.79; P(genotype) = 1.2 × 10(-5) ; P(allelic) = 1.6 × 10(-6) ) and in alcoholic patients without cirrhosis but with elevated alanine aminotransferase levels (n = 219; OR 2.33; P(genotype) = 0.0085; P(allelic) = 0.0042). The latter, biochemically defined association was confirmed in an independent population-based cohort of at-risk drinkers with a median alcohol intake of 300 g/week (OR 4.75; P(genotype) = 0.040; P(allelic) = 0.022), and for aspartate aminotransferase (AST) levels. Frequencies of allele PNPLA3 rs738409(G) in individuals with steatosis and normal alanine aminotransferase (ALT) and AST levels were lower than in alcoholics without steatosis and normal ALT/AST (P(combined) = 0.03). The population attributable risk of cirrhosis in alcoholic carriers of allele PNPLA3 rs738409(G) was estimated at 26.6%.Genotype PNPLA3 rs738409(GG) is associated with alcoholic liver cirrhosis and elevated aminotransferase levels in alcoholic Caucasians.

Abstract The eukaryotic epigenetic machinery is targeted by bacteria to reprogram the response of eukaryotes during their interaction with microorganisms. In line, we discovered that the bacterium Streptomyces rapamycinicus triggered increased chromatin acetylation and thus activation of the silent secondary metabolism ors gene cluster leading to the production of orsellinic acid in the fungus Aspergillus nidulans . Using this model we aim at understanding molecular mechanisms of communication between bacteria and eukaryotic microorganisms based on bacteria-triggered chromatin modification. By genome-wide ChIP-seq analysis of acetylated histone H3 (H3K9ac, H3K14ac) we uncovered the unique chromatin landscape in A. nidulans upon co-cultivation with S. rapamycinicus . Genome-wide acetylation of H3K9 correlated with increased gene expression, whereas H3K14 appears to function in transcriptional initiation by providing a docking side for regulatory proteins. In total, histones belonging to six secondary metabolism gene clusters showed higher acetylation during co-cultivation including the ors , aspercryptin, cichorine, sterigmatocystin, anthrone and 2,4-dihydroxy-3-methyl-6-(2-oxopropyl)benzaldehyde gene cluster with the emericellamide cluster being the only one with reduced acetylation and expression. Differentially acetylated histones were also detected in genes involved in amino acid and nitrogen metabolism, signaling, and genes encoding transcription factors. In conjunction with LC-MS/MS and MALDI-MS imaging, molecular analyses revealed the cross-pathway control and Myb-like transcription factor BasR as regulatory nodes for transduction of the bacterial signal in the fungus. The presence of basR in other fungal species allowed forecasting the inducibility of ors-like gene clusters by S. rapamycinicus in these fungi, and thus their effective interaction with activation of otherwise silent gene clusters.

Abstract The plasma proteome has the potential to enable a holistic analysis of the health state of an individual. However, plasma biomarker discovery is difficult due to its high dynamic range and variability. Here, we present a novel automated analytical approach for deep plasma profiling and applied it to a 180-sample cohort of human plasma from lung, breast, colorectal, pancreatic, and prostate cancer. Using a controlled quantitative experiment, we demonstrate a 257% increase in protein identification and a 263% increase in significantly differentially abundant proteins over neat plasma. In the cohort, we identified 2,732 proteins. Using machine learning, we discovered biomarker candidates such as STAT3 in colorectal cancer and developed models that classify the disease state. For pancreatic cancer, a separation by stage was achieved. Importantly, biomarker candidates came predominantly from the low abundance region, demonstrating the necessity to deeply profile because they would have been missed by shallow profiling.

Abstract Paenibacillus larvae , the causative agent of the devastating honey-bee disease American Foulbrood, produces the cationic polyketide-peptide hybrid paenilamicin that displays high antibacterial and antifungal activity. Its biosynthetic gene cluster contains a gene coding for the N -acetyltransferase PamZ. We show that PamZ acts as self-resistance factor in P. larvae by deactivation of paenilamicin. Using tandem MS, NMR spectroscopy and synthetic diastereomers, we identified the N-terminal amino group of the agmatinamic acid as the N -acetylation site. These findings highlight the pharmacophore region of paenilamicin, which we very recently identified as a new ribosome inhibitor. Here, we further elucidated the crystal structure of PamZ:acetyl-CoA complex at 1.34 Å resolution. An unusual tandem-domain architecture provides a well-defined substrate-binding groove decorated with negatively-charged residues to specifically attract the cationic paenilamicin. Our results will help to understand the mode of action of paenilamicin and its role in pathogenicity of P. larvae to fight American Foulbrood.

Abstract Hybridization and environmental stress trigger genome shock that perturbs patterns of gene expression leading to phenotypic changes. In extreme examples it is associated to transposon mobilization and genome rearrangement. Here we discover a novel alternative mechanism in interspecific Solanum hybrids in which changes to gene expression were associated with DCL2-mediated small (s)RNAs derived from endogenous (para)retroviruses (EPRVs). Correspondingly, the altered patterns of gene expression overlapped with the effects of dcl2 mutation and the changes to sRNA profiles involved 22nt species produced in the DCL2 biogenesis pathway. These findings implicate hybridization-induced genome shock leading to EPRV activation and sRNA silencing as causing changes in gene expression. Such hybridization-induced variation in gene expression could increase the range of traits available for selection in natural evolution or in breeding for agriculture.

Although epigenetic factors may influence the expression of defense genes in plants, their role in antiviral responses and the impact of viral adaptation and evolution in shaping these interactions are still poorly explored. We used two isolates of turnip mosaic potyvirus (TuMV) with varying degrees of adaptation to Arabidopsis thaliana to address these issues. One of the isolates was experimentally evolved in the plant and presented increased load and virulence relative to the ancestral isolate. The magnitude of the transcriptomic responses were larger for the evolved isolate and indicated a role of innate immunity systems triggered by molecular patterns and effectors in the infection process. Several transposable elements (TEs) located in different chromatin contexts and epigenetic-related genes were also affected. Correspondingly, mutant plants having loss or gain of repressive marks were, respectively, more tolerant and susceptible to TuMV, with a more efficient response against the ancestral isolate. In wild-type plants both isolates induced similar levels of cytosine methylation changes, including in and around TEs and stress-related genes. Results collectively suggested that apart from RNA silencing and basal immunity systems, DNA methylation and histone modification pathways may also be required for mounting proper antiviral defenses in plants and that the effectiveness of this type of regulation strongly depends on the degree of viral adaptation to the host.

Abstract Small (s)RNAs play crucial roles in the regulation of gene expression and genome stability across eukaryotes where they direct epigenetic modifications, post-transcriptional gene silencing, and defense against both endogenous and exogenous viruses. The green alga Chlamydomonas reinhardtii is a well-studied unicellular alga species with sRNA-based mechanisms that are distinct from those of land plants. It is, therefore, a good model to study sRNA evolution but a systematic classification of sRNA mechanisms is lacking in this and any other algae. Here, using data-driven machine learning approaches including Multiple Correspondence Analysis (MCA) and clustering, we have generated a comprehensively annotated and classified sRNA locus map for C. reinhardtii. This map shows some common characteristics with higher plants and animals, but it also reveals distinct features. These results are consistent with the idea that there was diversification in sRNA mechanisms after the evolutionary divergence of algae from higher plant lineages.

Abstract Paramutation involves the transfer of a repressive epigenetic mark from a silent allele to an active homologue and, consequently, non-Mendelian inheritance. In tomato the sulfurea ( sulf ) paramutation is associated with a high level of CHG hypermethylation in a region overlapping the transcription start site of the SlTAB2 gene that affects chlorophyll synthesis. The CCG sub-context hypermethylation is under-represented at this region relative to CTG or CAG implicating the CHROMOMETHYLTRANSFERASE3 (CMT3) in paramutation at this locus. Consistent with this interpretation, loss of CMT 3 function leads to loss of the sulf chlorosis, the associated CHG hypermethylation and paramutation. Loss of KRYPTONITE (KYP) histone methyl transferase function has a similar effect linked to reduced H3K9me2 at the promoter region of SlTAB2 and a shift in higher order chromatin structure at this locus. Mutation of the largest subunit of RNA polymerase V ( PolV ) in contrast does not affect sulf paramutation. These findings indicate the involvement of a CMT3/KYP dependent feedback rather than the PolV-dependent pathway leading to RNA directed DNA methylation (RdDM) in the maintenance of paramutation.