Integrin receptor activation initiates the formation of integrin adhesion complexes (IACs) at the cell membrane that transduce adhesion-dependent signals to control a multitude of cellular functions. Proteomic analyses of isolated IACs have revealed an unanticipated molecular complexity; however, a global view of the consensus composition and dynamics of IACs is lacking. Here, we have integrated several IAC proteomes and generated a 2,412-protein integrin adhesome. Analysis of this data set reveals the functional diversity of proteins in IACs and establishes a consensus adhesome of 60 proteins. The consensus adhesome is likely to represent a core cell adhesion machinery, centred around four axes comprising ILK–PINCH–kindlin, FAK–paxillin, talin–vinculin and α-actinin–zyxin–VASP, and includes underappreciated IAC components such as Rsu-1 and caldesmon. Proteomic quantification of IAC assembly and disassembly detailed the compositional dynamics of the core cell adhesion machinery. The definition of this consensus view of integrin adhesome components provides a resource for the research community. Humphries and colleagues analyse proteomic data of integrin adhesion complexes to derive a consensus integrin adhesome and characterize the temporal dynamics of adhesome component recruitment during adhesion complex assembly and disassembly.

Regulator of chromosome condensation–2 is a component of fibronectin-activated signaling pathways that regulate cell migration.

Abstract Although dysfunctional protein homeostasis (proteostasis) is a key factor in many age-related diseases, the untargeted identification of structural modifications in proteins remains challenging. Peptide location fingerprinting is a proteomic analysis technique capable of identifying structural modification-associated differences in mass spectrometry (MS) datasets of complex biological samples. A new webtool (Manchester Peptide Location Fingerprinter), applied to photoaged and intrinsically aged skin proteomes, can relatively quantify peptides (spectral counting) and map statistically significant differences to regions within protein structures. New photoageing biomarkers were identified in multiple proteins including matrix components (collagens and proteoglycans), oxidation and protease modulators (peroxiredoxins and SERPINs) and cytoskeletal proteins (keratins). Crucially, for many extracellular biomarkers, structural modification-associated differences were not correlated with relative abundance (by ion intensity). By applying peptide location fingerprinting to published MS datasets, (identifying biomarkers including collagen V and versican in ageing tendon) we demonstrate the potential of the MPLF webtool to discover novel biomarkers.

SUMMARY Integration of signalling downstream of individual receptor tyrosine kinases (RTKs) is crucial to fine tune cellular homeostasis during development and in pathological conditions, including breast cancer. However, how signalling integration is regulated and whether the endocytic fate of single receptors controls such signalling integration remains poorly elucidated. Combining quantitative phosphoproteomics and targeted assays, we generated a detailed picture of recycling-dependent fibroblast growth factor (FGF) signalling in breast cancer cells, with a focus on distinct FGF receptors (FGFRs). We discovered reciprocal priming between FGFRs and epidermal growth factor (EGF) receptor (EGFR) that is coordinated at recycling endosomes. FGFR recycling ligands induce EGFR phosphorylation on threonine 693. This phosphorylation event alters both FGFR and EGFR trafficking and primes FGFR-mediated proliferation but not cell invasion. In turn, FGFR signalling primes EGF-mediated outputs via EGFR threonine 693 phosphorylation. This reciprocal priming between distinct families of RTKs from recycling endosomes exemplifies a novel signalling integration hub where recycling endosomes orchestrate cellular behaviour. Therefore, targeting reciprocal priming over individual receptors may improve personalized therapies in breast and other cancers.

ABSTRACT Haematoxylin and eosin (H&E) – which respectively stain nuclei blue and other cellular and stromal material pink – are routinely used for clinical diagnosis based on the identification of morphological features. A richer characterization can be achieved by laser capture microdissection coupled to mass spectrometry (LCM-MS), giving an unbiased assay of the proteins that make up the tissue. However, the process of fixing, and H&E staining of tissues is poorly compatible with standard sample preparation methods for mass spectrometry, resulting in low protein yield. Here we describe a microproteomics technique optimized to analyze H&E-stained, formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) tissues. We advance our methodology by combining 3 techniques shown to individually enhance protein yields (heat extraction, physical disruption, and in column digestion) into one optimized pipeline for the analysis of H&E stained FFPE tissues. Micro-dissected morphologically normal human lung alveoli (0.082 mm 3 ) and human lung blood vessels (0.094 mm 3 ) from FFPE fixed section from Idiopathic Pulmonary Fibrosis (IPF) specimens were then subject to comparative proteomics using this methodology. This approach yielded 1252 differentially expressed proteins including 137 extracellular matrix (ECM) proteins. In addition, we offer proof of principal that MS can identify distinct, characteristic proteomic compositions of anatomical features within complex tissues.

Summary Receptor Tyrosine Kinase (RTK) endocytosis-dependent signalling drives cell proliferation and motility during development and adult homeostasis, but is dysregulated in diseases, including cancer. The recruitment of RTK signalling partners during endocytosis, specifically during recycling to the plasma membrane, is still unknown. Focusing on Fibroblast Growth Factor Receptor 2b (FGFR2b) recycling, we revealed FGFR signalling partners proximal to recycling endosomes (REs) by developing a Spatially Resolved Phosphoproteomics (SRP) approach based on APEX2-driven biotinylation followed by phosphopeptide enrichment. Combining this with traditional phosphoproteomics, bioinformatics, and targeted assays, we uncovered that FGFR2b stimulated by its recycling ligand FGF10 activates mTOR-dependent signalling and ULK1 at the REs, leading to autophagy suppression and cell survival. This adds to the growing importance of RTK recycling in orchestrating cell fate and suggests a therapeutically targetable vulnerability in ligand-responsive cancer cells. Integrating SRP with other systems biology approaches provides a powerful tool to spatially resolve celllar signalling.

ABSTRACT Heavy carbon isotopes in the tendons of people who grew up in the age of nuclear bomb testing have shown that the extracellular matrix (ECM), assembled during development, stays with us for life. However, recent work suggests that type-I collagen in ECM-rich mouse tendon exists in two pools: a permanent matrix, and a more soluble, circadian-regulated matrix. Despite this, the underlying regulation of such distinct pools is not understood. Here, we demonstrate using stable isotope labelling coupled with mass spectrometry proteomics that circadian and permanent matrix pools have significantly different half-lives. Furthermore, the properties of the matrix pools are altered during development and ageing. Tail tendon tissue was harvested from mice fed on a heavy-lysine diet; protein was then extracted for analysis using a sequential two-step protocol. The first, soluble fraction (‘F1’) was found to contain intracellular proteins, and a range of core and associated extracellular matrix proteins, including a pool of type-I collagen shown to be circadian-regulated. The remaining fraction (‘F2’) contained primarily collagens, including type-I collagen which did not show rhythmicity. In adult mice, matrix proteins extracted in the F1 pool had significantly shorter half-lives than F2, including type-I collagen which had half-lives of 4 ± 2 days in F1, compared to 700 ± 100 days in F2. Circadian-regulated matrix proteins were found to have significantly faster turnover than non-circadian in adult mice, but this distinction was lost in older animals. This work identifies protein turnover as the underlying mechanism for the circadian/permanent model of tendon matrix, and suggests a loss of circadian regulation as a characteristic of ECM ageing.

The ability to provide an unbiased qualitative and quantitative description of the global changes to proteins in a cell or an organism would permit the systems-wide study of complex biological systems. Label-free quantitative shotgun proteomic strategies (including LC-MS ion intensity quantification and spectral counting) are attractive because of their relatively low cost, ease of implementation, and the lack of multiplexing restrictions when comparing multiple samples. Owing to improvements in the resolution and sensitivity of mass spectrometers, and the availability of analytical software packages, protein quantification by LC-MS ion intensity has increased in popularity. Here, we have addressed the importance of chromatographic alignment on protein quantification, and then assessed how spectral counting compares to ion intensity-based proteomic quantification. Using a spiked-in protein strategy, we analysed two situations that commonly arise in the application of proteomics to cell biology: (i) samples with a small number of proteins of differential abundance in a larger non-changing background, and (ii) samples with a larger number of proteins of differential abundance. To perform these assessments on biologically relevant samples, we used isolated integrin adhesion complexes (IACs). Technical replicate analysis of isolated IACs resulted in a range of alignment scores using the Progenesis QI software package and demonstrated that higher LC-MS chromatographic alignment scores increased the precision of protein quantification. Furthermore, implementation of a simple sample batch-running strategy enabled good chromatographic alignment for hundreds of samples over multiple batches. Finally, we applied the sample batch-running strategy and compared quantification by LC-MS ion intensity to spectral counting and found that quantification by LC-MS ion intensity was more accurate and precise. In summary, these results demonstrate that chromatographic alignment is important for precise and accurate protein quantification based on LC-MS ion intensity and accordingly we present a simple sample re-ordering strategy to facilitate improved alignment. These findings are not only relevant to label-free quantification using Progenesis QI but may be useful to the wide range of MS-based quantification strategies that rely on chromatographic alignment.

Abstract Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) has a dismal prognosis due to its aggressive progression, late detection and lack of druggable driver mutations, which often combine to result in unsuitability for surgical intervention. Together with activating mutations of the small GTPase KRas, which are found in over 90% of PDAC tumours, a contributory factor for PDAC tumour progression is formation of a rigid extracellular matrix (ECM) and associated desmoplasia. This response leads to aberrant integrin signalling, and accelerated proliferation and invasion. To identify the integrin adhesion systems that operate in PDAC, we analysed a range of pancreatic ductal epithelial cell models using 2D, 3D and organoid culture systems. Proteomic analysis of isolated integrin receptor complexes from human pancreatic ductal epithelial (HPDE) cells predominantly identified integrin α6β4 and hemidesmosome components, rather than classical focal adhesion components. Electron microscopy, together with immunofluorescence, confirmed the formation of hemidesmosomes by HPDE cells, both in 2D and 3D culture systems. Similar results were obtained for the human PDAC cell line, SUIT-2. Analysis of HPDE cell secreted proteins and cell-derived matrices (CDM) demonstrated that HPDE cells secrete a range of laminin subunits and form a hemidesmosome-specific, laminin 332-enriched ECM. Expression of mutant KRas (G12V) did not affect hemidesmosome composition or formation by HPDE cells. Cell-ECM contacts formed by mouse and human PDAC organoids were also assessed by electron microscopy. Organoids generated from both the PDAC KPC mouse model and human patient-derived PDAC tissue displayed features of acinar-ductal cell polarity, and hemidesmosomes were visible proximal to prominent basement membranes. Furthermore, electron microscopy identified hemidesmosomes in normal human pancreas. Depletion of integrin β4 using siRNA reduced cell proliferation in both SUIT-2 and HPDE cells, reduced the number of SUIT-2 cells in S-phase, and induced G1 cell cycle arrest, indicating a requirement for α6β4-mediated adhesion for cell cycle progression and growth. Taken together, these data suggest that laminin-binding adhesion mechanisms in general, and hemidesmosome-mediated adhesion in particular, may be under-appreciated in the context of PDAC. Proteomic data are available via ProteomeXchange with the identifiers PXD027803, PXD027823 and PXD027827.

Integrin adhesion complexes (IACs) bridge the extracellular matrix to the actin cytoskeleton and transduce signals in response to both chemical and mechanical cues. The composition, interactions, stoichiometry and topological organisation of proteins within IACs are not fully understood. To address this gap, we used multiplexed proximity biotinylation (BioID) to generate an in situ, proximity-dependent adhesome in mouse pancreatic fibroblasts. Integration of the interactomes of 16 IAC-associated baits revealed a network of 147 proteins with 361 proximity interactions. Candidates with underappreciated roles in adhesion were identified, in addition to established IAC components. Bioinformatic analysis revealed five clusters of IAC baits that link to common groups of prey, and which therefore may represent functional modules. The five clusters, and their spatial associations, are consistent with current models of IAC interaction networks and stratification. This study provides a resource to examine proximal relationships within IACs at a global level.