In this study, we analyzed the replication and budding sites of severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) at early time points of infection. We detected cytoplasmic accumulations containing the viral nucleocapsid protein, viral RNA and the non-structural protein nsp3. Using EM techniques, we found that these putative viral replication sites were associated with characteristic membrane tubules and double membrane vesicles that most probably originated from ER cisternae. In addition to its presence at the replication sites, N also accumulated in the Golgi region and colocalized with the viral spike protein. Immuno-EM revealed that budding occurred at membranes of the ERGIC (ER-Golgi intermediate compartment) and the Golgi region as early as 3 h post infection, demonstrating that SARS-CoV replicates surprisingly fast. Our data suggest that SARS-CoV establishes replication complexes at ER-derived membranes. Later on, viral nucleocapsids have to be transported to the budding sites in the Golgi region where the viral glycoproteins accumulate and particle formation occurs.

LRRK2 kinase inhibitors, under development for Parkinson’s disease, have an effect on type II pneumocytes in nonhuman primate lung, suggesting that pulmonary toxicity may be a critical safety liability.

ABSTRACT Peg10 (paternally expressed gene 10) is an imprinted gene that is essential for placental development. It is thought to derive from a Ty3-gyspy LTR (long terminal repeat) retrotransposon and retains Gag and Pol-like domains. Here we show that the Gag domain of PEG10 can promote vesicle budding similar to the HIV p24 Gag protein. Expressed in a subset of mouse endocrine organs in addition to the placenta, PEG10 was identified as a substrate of the deubiquitinating enzyme USP9X. Consistent with PEG10 having a critical role in placental development, PEG10-deficient trophoblast stem cells (TSCs) exhibited impaired differentiation into placental lineages. PEG10 expressed in wild-type, differentiating TSCs was bound to many cellular RNAs including Hbegf (Heparin-binding EGF-like growth factor), which is known to play an important role in placentation. Expression of Hbegf was reduced in PEG10-deficient TSCs suggesting that PEG10 might bind to and stabilize RNAs that are critical for normal placental development.

Abstract Polymyxins are gram-negative antibiotics that target lipid A, the conserved membrane anchor of lipopolysaccharide in the outer membrane. Despite their clinical importance, the molecular mechanisms underpinning polymyxin activity remain unresolved. Here, we use surface plasmon resonance to kinetically interrogate interactions between polymyxins and lipid A and derive a phenomenological model. Our analyses suggest a lipid A-catalyzed, three-state mechanism for polymyxins: transient binding, membrane insertion, and super-stoichiometric cluster accumulation with a long residence time. Accumulation also occurs for brevicidine, another lipid A-targeting antibacterial molecule. Lipid A modifications that impart polymyxin resistance and a non-bactericidal polymyxin derivative exhibit binding that does not evolve into long-lived species. We propose that transient binding to lipid A permeabilizes the outer membrane and cluster accumulation enables the bactericidal activity of polymyxins. These findings could establish a blueprint for discovery of lipid A-targeting antibiotics and provide a generalizable approach to study interactions with the gram-negative outer membrane.

SUMMARY The thyroid functions at the apex of a web of endocrine organs that control cell growth, differentiation and metabolic homeostasis. Thyroid dysregulation significantly impacts human health in myriad ways with thyroid diseases standing as the most common endocrine disorder. Despite the essential role of the thyroid in human health, a high-resolution view of the cellular composition as well as molecular mechanisms that govern function of this crucial organ have been lacking. Employing the first single-cell analyses of adult mouse thyroid, we here report the discovery of unexpected thyrocyte heterogeneity, specifically three distinct thyrocyte subtypes marked by different metabolic and Notch signaling patterns. Using a battery of pharmacologic and genetic methods, we find that selective inhibition of Notch ligands and receptors disrupts thyrocyte mitochondrial activity and ROS production, thus decreasing levels of circulating thyroid hormones, inducing hypothyroidism and disrupting whole-body thermoregulation. We find an enriched frequency of hypothyroidism in children with Alagille Syndrome, a genetic disorder marked by Notch loss-of-function mutations, suggesting that our Notch-thyroid mechanisms are relevant in humans and directly account for Alagille hypothyroidism. Overall, our work reveals that Notch, although classically described as a developmental pathway that determines cell fate, controls homeostasis and thermoregulation in the adult through a mitochondria-based mechanism in a subset of thyrocytes. Our fine-grained picture of the thyroid unveils a novel understanding of this key metabolic organ and provides clinically impactful insights into its pathological dysfunctions.

Abstract Defective autophagy is associated with chronic inflammation. Loss-of-function of the core autophagy gene Atg16l1 increases risk for Crohn’s disease by enhancing innate immunity in macrophages. However, autophagy also mediates clearance of intracellular pathogens. These divergent observations prompted a re-evaluation of ATG16L1 in antimicrobial immunity. In this study, we found that loss of Atg16l1 in macrophages enhanced the killing of virulent Shigella flexneri ( S.flexneri ), an enteric bacterium that resides within the cytosol by escaping all membrane-bound compartments. Quantitative multiplexed proteomics revealed that ATG16L1 deficiency significantly upregulated proteins involved in the glutathione-mediated antioxidant response to compensate for elevated oxidative stress, which also promoted S.flexneri killing. Consistently, myeloid cell-specific deletion of Atg16l1 accelerated bacterial clearance in vivo . Finally, pharmacological modulation of oxidative stress by suppression of cysteine import conferred enhanced microbicidal properties to wild type macrophages. These findings demonstrate that control of oxidative stress by ATG16L1 regulates antimicrobial immunity against intracellular pathogens. Impact statement Maculins et al utilize multiplexed mass spectrometry to show that loss of the autophagy gene Atg16l1 in macrophages enhances antimicrobial immunity against intracellular pathogens via the oxidative stress response.

Abstract Lipoprotein diacylglyceryl transferase (Lgt) catalyzes the first step in the biogenesis of Gram-negative bacterial lipoproteins which play crucial roles in bacterial growth and pathogenesis. We demonstrate that Lgt depletion in a clinical uropathogenic Escherichia coli strain leads to permeabilization of the outer membrane and increased sensitivity to serum killing and antibiotics. Importantly, we identify the first ever described Lgt inhibitors that potently inhibit Lgt biochemical activity in vitro and are bactericidal against wild-type Acinetobacter baumannii and E. coli strains. Unlike inhibition of other steps in lipoprotein biosynthesis, deletion of the major outer membrane lipoprotein, lpp , is not sufficient to rescue growth after Lgt depletion or provide resistance to Lgt inhibitors. Our data validate Lgt as a novel druggable antibacterial target and suggest that inhibition of Lgt may not be sensitive to one of the most common resistance mechanisms that invalidate inhibitors of downstream steps of bacterial lipoprotein biosynthesis and transport.