The Sir2 deacetylase modulates organismal life-span in various species. However, the molecular mechanisms by which Sir2 increases longevity are largely unknown. We show that in mammalian cells, the Sir2 homolog SIRT1 appears to control the cellular response to stress by regulating the FOXO family of Forkhead transcription factors, a family of proteins that function as sensors of the insulin signaling pathway and as regulators of organismal longevity. SIRT1 and the FOXO transcription factor FOXO3 formed a complex in cells in response to oxidative stress, and SIRT1 deacetylated FOXO3 in vitro and within cells. SIRT1 had a dual effect on FOXO3 function: SIRT1 increased FOXO3's ability to induce cell cycle arrest and resistance to oxidative stress but inhibited FOXO3's ability to induce cell death. Thus, one way in which members of the Sir2 family of proteins may increase organismal longevity is by tipping FOXO-dependent responses away from apoptosis and toward stress resistance.

Determining the site of a regulatory phosphorylation event is often essential for elucidating specific kinase–substrate relationships, providing a handle for understanding essential signaling pathways and ultimately allowing insights into numerous disease pathologies. Despite intense research efforts to elucidate mechanisms of protein phosphorylation regulation, efficient, large-scale identification and characterization of phosphorylation sites remains an unsolved problem. In this report we describe an application of existing technology for the isolation and identification of phosphorylation sites. By using a strategy based on strong cation exchange chromatography, phosphopeptides were enriched from the nuclear fraction of HeLa cell lysate. From 967 proteins, 2,002 phosphorylation sites were determined by tandem MS. This unprecedented large collection of sites permitted a detailed accounting of known and unknown kinase motifs and substrates.

WebTreatment of lipopolysaccharide-activated macrophages with the cell-permeable itaconate derivative 4-octyl itaconate activates the anti-inflammatory transcription factor Nrf2 by alkylating key cysteine residues on the KEAP1 protein. Macrophages are white blood cells that recognize and destroy invading bacterial pathogens, and later tone down inflammation to enable tissue repair. The endogenous metabolite itaconate inhibits a number of inflammatory cytokines during macrophage activation. Luke O'Neill and colleagues investigate the mechanism underlying this process. Treatment of lipopolysaccharide (LPS)-activated macrophages with the cell-permeable itaconate derivative 4-octyl itaconate activates the anti-oxidant and anti-inflammatory transcription factor Nrf2. This activation occurs via alkylation of key cysteine residues on the KEAP1 protein, which blocks KEAP1-dependent proteolysis of Nrf2. Pre-treating mouse models of LPS with the itaconate derivative activates Nrf2 and prolongs the survival of the animals after a lethal dose of LPS. The authors suggest that itaconate derivatives may prove useful in the treatment of inflammatory diseases. The endogenous metabolite itaconate has recently emerged as a regulator of macrophage function, but its precise mechanism of action remains poorly understood1,2,3. Here we show that itaconate is required for the activation of the anti-inflammatory transcription factor Nrf2 (also known as NFE2L2) by lipopolysaccharide in mouse and human macrophages. We find that itaconate directly modifies proteins via alkylation of cysteine residues. Itaconate alkylates cysteine residues 151, 257, 288, 273 and 297 on the protein KEAP1, enabling Nrf2 to increase the expression of downstream genes with anti-oxidant and anti-inflammatory capacities. The activation of Nrf2 is required for the anti-inflammatory action of itaconate. We describe the use of a new cell-permeable itaconate derivative, 4-octyl itaconate, which is protective against lipopolysaccharide-induced lethality in vivo and decreases cytokine production. We show that type I interferons boost the expression of Irg1 (also known as Acod1) and itaconate production. Furthermore, we find that itaconate production limits the type I interferon response, indicating a negative feedback loop that involves interferons and itaconate. Our findings demonstrate that itaconate is a crucial anti-inflammatory metabolite that acts via Nrf2 to limit inflammation and modulate type I interferons.

Multiplexed quantitation via isobaric chemical tags (e.g., tandem mass tags (TMT) and isobaric tags for relative and absolute quantitation (iTRAQ)) has the potential to revolutionize quantitative proteomics. However, until recently the utility of these tags was questionable due to reporter ion ratio distortion resulting from fragmentation of coisolated interfering species. These interfering signals can be negated through additional gas-phase manipulations (e.g., MS/MS/MS (MS3) and proton-transfer reactions (PTR)). These methods, however, have a significant sensitivity penalty. Using isolation waveforms with multiple frequency notches (i.e., synchronous precursor selection, SPS), we coisolated and cofragmented multiple MS2 fragment ions, thereby increasing the number of reporter ions in the MS3 spectrum 10-fold over the standard MS3 method (i.e., MultiNotch MS3). By increasing the reporter ion signals, this method improves the dynamic range of reporter ion quantitation, reduces reporter ion signal variance, and ultimately produces more high-quality quantitative measurements. To demonstrate utility, we analyzed biological triplicates of eight colon cancer cell lines using the MultiNotch MS3 method. Across all the replicates we quantified 8 378 proteins in union and 6 168 proteins in common. Taking into account that each of these quantified proteins contains eight distinct cell-line measurements, this data set encompasses 174 704 quantitative ratios each measured in triplicate across the biological replicates. Herein, we demonstrate that the MultiNotch MS3 method uniquely combines multiplexing capacity with quantitative sensitivity and accuracy, drastically increasing the informational value obtainable from proteomic experiments.

Exercise training benefits many organ systems and offers protection against metabolic disorders such as obesity and diabetes. Using the recently identified isoform of PGC1-α (PGC1-α4) as a discovery tool, we report the identification of meteorin-like (Metrnl), a circulating factor that is induced in muscle after exercise and in adipose tissue upon cold exposure. Increasing circulating levels of Metrnl stimulates energy expenditure and improves glucose tolerance and the expression of genes associated with beige fat thermogenesis and anti-inflammatory cytokines. Metrnl stimulates an eosinophil-dependent increase in IL-4 expression and promotes alternative activation of adipose tissue macrophages, which are required for the increased expression of the thermogenic and anti-inflammatory gene programs in fat. Importantly, blocking Metrnl actions in vivo significantly attenuates chronic cold-exposure-induced alternative macrophage activation and thermogenic gene responses. Thus, Metrnl links host-adaptive responses to the regulation of energy homeostasis and tissue inflammation and has therapeutic potential for metabolic and inflammatory diseases.

Summary

 Proteins are essential agents of biological processes. To date, large-scale profiling of cell line collections including the Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE) has focused primarily on genetic information whereas deep interrogation of the proteome has remained out of reach. Here, we expand the CCLE through quantitative profiling of thousands of proteins by mass spectrometry across 375 cell lines from diverse lineages to reveal information undiscovered by DNA and RNA methods. We observe unexpected correlations within and between pathways that are largely absent from RNA. An analysis of microsatellite instable (MSI) cell lines reveals the dysregulation of specific protein complexes associated with surveillance of mutation and translation. These and other protein complexes were associated with sensitivity to knockdown of several different genes. These data in conjunction with the wider CCLE are a broad resource to explore cellular behavior and facilitate cancer research.

Thermogenic brown and beige adipose tissues dissipate chemical energy as heat, and their thermogenic activities can combat obesity and diabetes. Herein the functional adaptations to cold of brown and beige adipose depots are examined using quantitative mitochondrial proteomics. We identify arginine/creatine metabolism as a beige adipose signature and demonstrate that creatine enhances respiration in beige-fat mitochondria when ADP is limiting. In murine beige fat, cold exposure stimulates mitochondrial creatine kinase activity and induces coordinated expression of genes associated with creatine metabolism. Pharmacological reduction of creatine levels decreases whole-body energy expenditure after administration of a β3-agonist and reduces beige and brown adipose metabolic rate. Genes of creatine metabolism are compensatorily induced when UCP1-dependent thermogenesis is ablated, and creatine reduction in Ucp1-deficient mice reduces core body temperature. These findings link a futile cycle of creatine metabolism to adipose tissue energy expenditure and thermal homeostasis.PaperClip/cms/asset/be15c921-205b-49cd-879c-785bf20b4a03/mmc5.mp3Loading ...(mp3, 3.2 MB) Download audio

Phosphorylation is often used to promote protein ubiquitylation, yet we rarely understand quantitatively how ligase activation and ubiquitin (UB) chain assembly are integrated with phosphoregulation. Here we employ quantitative proteomics and live-cell imaging to dissect individual steps in the PINK1 kinase-PARKIN UB ligase mitochondrial control pathway disrupted in Parkinson's disease. PINK1 plays a dual role by phosphorylating PARKIN on its UB-like domain and poly-UB chains on mitochondria. PARKIN activation by PINK1 produces canonical and noncanonical UB chains on mitochondria, and PARKIN-dependent chain assembly is required for accumulation of poly-phospho-UB (poly-p-UB) on mitochondria. In vitro, PINK1 directly activates PARKIN's ability to assemble canonical and noncanonical UB chains and promotes association of PARKIN with both p-UB and poly-p-UB. Our data reveal a feedforward mechanism that explains how PINK1 phosphorylation of both PARKIN and poly-UB chains synthesized by PARKIN drives a program of PARKIN recruitment and mitochondrial ubiquitylation in response to mitochondrial damage.