Abstract African swine fever (ASF) is highly contagious, causes high mortality in domestic and feral swine, and has a significant economic impact on the global swine industry due to the lack of a vaccine or an effective treatment. African swine fever virus (ASFV) encodes more than 150 polypeptides, which may have intricate and delicate interactions with the host for the benefit of the virus to evade the host’s defenses. However, currently, there is still a lack of information regarding the roles of the viral proteins in host cells. Here, our data demonstrated that the p17, encoded by D117L gene could suppress porcine cGAS-STING signaling pathway, exhibiting the inhibitions of TBK1 and IRF3 phosphorylations, downstream promoter activities, cellular mRNA transcriptions and ISG56 induction, and antiviral responses. Further, we found that p17 was located in endoplasmic reticulum (ER) and Golgi apparatus, and interacted with STING, perturbing it in the recruitment of TBK1 and IKKε. Additionally, it appeared that the transmembrane domain (amino acids 39–59) of p17 could be required for interacting with STING and inhibiting cGAS-STING pathway. Taken together, p17 could inhibit the cGAS-STING pathway through its interaction with STING and interference with STING in the recruitment of TBK1 and IKKε. Importance African swine fever (ASF) is a highly contagious disease in domestic and feral swine, posing significant economic impacts on the global swine industry, and the pathogen ASFV is a large icosahedral DNA virus. The innate immune cGAS-STING DNA sensing pathway plays a critical role in sensing invading ASFV and triggering antiviral responses. However, there is still a lack of information regarding the molecular mechanisms of ASFV evasion of the cGAS-STING pathway. We have analyzed the effects of whole genomic open reading frames (ORFs) of ASFV China 2018/1 on the activation of cGAS-STING pathway, and found that p17 was able to inhibit cGAS-STING mediated type I IFN production by targeting STING, altering its capacity to recruit both TBK1 and IKKε. Findings presented here will expand our knowledge on the molecular mechanisms by which ASFV counteracts the antiviral innate immunity and provide deep insights into ASF pathogenesis.

As nanoscale extracellular vesicles secreted by cells, exosomes have enormous potential as safe and effective vehicles to deliver drugs into lesion locations. Despite promising advances with exosome-based drug delivery systems, there are still challenges to drug loading into exosome, which hinder the clinical applications of exosomes. Herein, we report an exogenous drug-agnostic chiral graphene quantum dots (GQDs) exosome-loading platform, based on chirality matching with the exosome lipid bilayer. Both hydrophobic and hydrophilic chemical and biological drugs can be functionalized or adsorbed onto GQDs by π-π stacking and van der Waals interactions. By tuning the ligands and GQD size to optimize its chirality, we demonstrate drug loading efficiency of 66.3% and 64.1% for Doxorubicin and siRNA, which is significantly higher than other reported exosome loading techniques.

Tauopathies are a class of neurodegenerative diseases resulting in cognitive dysfunction, executive dysfunction, and motor disturbance. The primary pathological feature of tauopathies is the presence of neurofibrillary tangles in the brain composed of tau protein aggregates. Although numerous small molecules are known to inhibit tau aggregation, it is still challenging to use them for therapeutic applications due to their limitations in specific targeting and the blood-brain barrier (BBB) penetration. Graphene quantum dots (GQDs), one of graphene nanoparticles, can penetrate the BBB and are amenable to functionalization for targeted delivery. Moreover, these nanoscale biomimetic particles can self-assemble or assemble with various biomolecules including proteins. In this paper, for the first time, we showed that GQDs interacted with tau proteins via electrostatic and π-π stacking interactions to inhibit the fibrillization of monomeric tau and to trigger the disaggregation of tau filaments. In vitro thioflavin T assays demonstrated that negatively charged GQDs with larger sizes inhibited tau aggregation more efficiently, while positively charged ones were more effective in the disassembly of tau fibrils. Moreover, GQDs blocked the seeding activity of tau fibrils in a cellular propagation assay. Overall, our studies indicate GQDs with engineered properties can efficiently inhibit and disassemble pathological aggregation of tau proteins, which supports their future developments as a potential treatment for tauopathies.

Abstract The innate immune DNA sensing cGAS-STING pathway exerts strong antiviral activity through the downstream interferon (IFN) production; however, it has been recently recognized that IFN independent activity of STING also plays an important role in antiviral functions. Nevertheless, the IFN independent antiviral activity of STING is not fully understood. In this study, we showed that porcine STING (pSTING) played a critical role in anti-HSV1 and anti-VSV infections, and IFN defective mutants including pSTING pLxIS sub, S365A and ΔCTT all exhibited similar antiviral functions to wild type (WT) pSTING. Further, all these IFN defective pSTING mutants possessed a comparable autophagy activity relative to WT pSTING as expected. From pSTING WT, S365A and ΔCTT, the residues responsible for autophagy were mutated, which included L333A/R334A, Y167A/L170A and Y245A/L248A, respectively. Surprisingly, all these autophagy defective pSTING mutants still resisted from the two viral infections, demonstrating the pSTING antiviral function independent of IFN as well as autophagy. On the other hand, all the autophagy defective pSTING mutants triggered cell apoptosis, which was associated with the antiviral functions. Additionally, pSTING lost its antiviral activity in TBK1 -/- and IRF3 -/- porcine macrophages, indicating the involvement of TBK1 and IRF3 in other STING activity such as apoptosis. Collectively, our results revealed that STING exerts both IFN and autophagy independent antiviral activity, and also suggested that STING triggered cell apoptosis might resist from virus infections.

ABSTRACT Exosomes are promising nanocarriers for drug delivery. Yet, it is challenging to apply exosomes in clinical use due to the limited understanding of their physiological functions. While cellular uptake of exosomes is generally known through endocytosis and/or membrane fusion, the mechanisms of origin-dependent cellular uptake and subsequent cargo release of exosomes into recipient cells are still unclear. Herein, we investigated the intricate mechanisms of exosome entry into recipient cells and the intracellular cargo release. In this study, we utilized chiral graphene quantum dots (GQDs) as representatives of exosomal cargo, taking advantage of the superior permeability of chiral GQDs into lipid membranes, as well as their excellent optical properties for tracking analysis. We observed a higher uptake rate of exosomes in their parental recipient cells. However, these exosomes were predominantly entrapped in lysosomes through endocytosis (intraspecies endocytic uptake). On the other hand, in non-parental recipient cells, exosomes exhibited a greater inclination for cellular uptake through membrane fusion, followed by direct cargo release into the cytosol (cross-species direct fusion uptake). We revealed the underlying mechanisms involved in the cellular uptake and the subsequent cargo release of exosomes depending on their cell-of-origin and recipient cell types. This study envisions valuable insights into further advancements in the effective drug delivery using exosomes, as well as a comprehensive understanding of cellular communication, including disease pathogenesis.

Evolutionary physiologists have long been interested in physiological mechanisms underpinning variation in life-history performance. Recent efforts to elucidate these mechanisms focused on bioenergetics and oxidative stress. One underappreciated area that could play a role in mediating variation in performance is the unfolded protein response (UPR), a cellular stress response that reduces secretory protein load, enhances endoplasmic reticulum (ER) protein folding and clearance capacity during stress and during its adaptive phase. Given that the ER and mitochondria interact to regulate cellular homeostasis, it seems intuitive that UPR phenotype would correlate strongly with mitochondrial physiology, which in turn would contribute to variations in whole-organism metabolism. One way researchers have been studying cellular controls of life-history traits is by assessing stress resistance and bioenergetic properties of primary dermal fibroblasts. However, it is unclear if findings from dermal fibroblasts can be generalized to other cell and tissue types, and if fibroblasts9 phenotypes are repeatable across different life-history stages. This study aimed to explore the relationships between UPR profile, cellular respiration, and stress resistance using primary dermal fibroblasts isolated at puberty and primary lung fibroblasts isolated at adulthood. Specifically, we tested if 1) UPR profile of dermal fibroblasts isolated at puberty corresponds to UPR profile of lung fibroblasts isolated at adulthood, 2) UPR profile of dermal fibroblasts isolated at puberty and lung fibroblasts isolated at adulthood correspond to cellular bioenergetics of lung fibroblasts isolated at adulthood, and 3) UPR profile of dermal fibroblasts isolated at puberty corresponds to multiplex stress resistance (ER stress, oxidative stress, DNA damage) of lung fibroblasts isolated at adulthood. We found that only tunicamycin induced BiP expression was repeatable in skin and lung fibroblasts. Tunicamycin induced expressions of BiP, GRP94, and CNX in skin fibroblasts predicted resistance of lung fibroblasts to tunicamycin, (but not thapsigargin and other inducers of lethal stress), which is indicative for the pro-survival role of UPR during stress. Tunicamycin induced BiP expression in skin and lung fibroblasts also predicted multiple cellular bioenergetics parameters in lung fibroblasts.

ABSTRACT Animals that are competent natural reservoirs of zoonotic diseases commonly suffer little morbidity from the pathogens they persistently harbor. The mechanisms of this infection tolerance and the trade-off costs are poorly understood. We used exposure to a single dose of lipopolysaccharide (LPS) endotoxin as an experimental model of inflammation to compare the responses of the cricentine rodent Peromyscus leucopus , the white-footed deermouse, to that of Mus musculus , the standard laboratory model for pathogenesis studies. Four hours after injection with either LPS or saline, blood and spleen and liver tissues were collected postmortem and subjected to RNA-seq, untargeted metabolomics, and specific RT-qPCR. This was followed by analysis of differential expression at the gene, pathway, and empirical network levels. The deermice showed the same signs of sickness as the mice with LPS exposure, and in addition demonstrated comparable increases in levels of corticosterone and expression of interleukin (IL)-6, tumor necrosis factor, IL-1β, and acute phase reactants, including C-reactive protein. But whereas the M. musculus response to LPS was best-characterized by network analysis as cytokine-associated, the P. leucopus response was dominated by pathway terms associated with neutrophil activity. Dichotomies between the species in expression profiles of arginase 1 and nitric oxide synthase 2, as well as the ratios of IL-10 to IL-12, were consistent with a type M1 polarized macrophage response in the mice and a type M2 or alternatively-activated response in the deermice. Analysis of metabolites in the plasma and RNA in the tissues revealed differences between the two species in tryptophan metabolism during response to LPS. Two up-regulated genes in particular signified the difference between the species: Slpi (secretory leukocyte proteinase inhibitor) and Ibsp (integrin-binding protein sialoprotein). The latter was previously unrecognized in the context of inflammation or infection. Key RNA-seq findings in P. leucopus were replicated in a second LPS experiment with older animals, in a systemic bacterial infection model, and with cultivated fibroblasts. Taken together, the results indicate that the deermouse possesses several adaptive traits to moderate effects of inflammation and oxidative stress ensuing from infection. This seems to be at the cost of infection persistence and that is to the benefit of the pathogen.