Abstract Tasmanian devils are threatened with extinction by Devil Facial Tumor Disease (DFTD), which consists of two genetically independent transmissible cancers (DFT1 and DFT2). Both cancers typically cause death due to metastases. However, the mechanisms underpinning DFTD metastasis are not well understood. The nano-sized, membrane-enclosed extracellular vesicles (EVs) released by cancer cells have been implicated in metastasis, thus EVs may yield insights into DFTD metastasis. Here, we characterized EVs derived from cultured DFT1, DFT2, and devil fibroblast cells. The proteome of EVs was determined using data independent acquisition mass spectrometry and an in-house spectral library of >1,500 proteins. Relative to EVs from fibroblast cells, EVs from both DFT1 and DFT2 cell lines expressed higher levels of proteins associated with cell adhesion and focal adhesion functions. Furthermore, hallmark proteins of epithelial mesenchymal transition, which are associated with increased metastatic features in some cancers, were enriched in DFT2 EVs relative to DFT1 EVs, suggesting differential aggressiveness between the cancers and a target for novel differential diagnosis biomarkers. This first EV-based investigation of DFTD increases our understanding of the cancers’ EVs and their possible involvement in the metastatic process. As EVs are found in body fluids, these results offer potential for non-invasive biomarkers for DFTD.

Abstract The identification of practical early diagnosis biomarkers is a cornerstone of improved prevention and treatment of cancers. Such a case is devil facial tumour disease (DFTD), a highly lethal transmissible cancer afflicting virtually an entire species, the Tasmanian devil ( Sarcophilus harrisii ). Despite a latent period that can exceed one year, to date DFTD diagnosis requires visual identification of tumour lesions. To enable earlier diagnosis, which is essential for the implementation of effective conservation strategies, we analysed the extracellular vesicle (EV) proteome of 87 Tasmanian devil serum samples. The antimicrobial peptide cathelicidin-3 (CATH3) was enriched in serum EVs of both devils with clinical DFTD (87.9% sensitivity and 94.1% specificity) and devils with latent infection (i.e., collected while overtly healthy, but 3-6 months before subsequent DFTD diagnosis; 93.8% sensitivity and 94.1% specificity). As antimicrobial peptides can play a variety of roles in the cancer process, our results suggest that the specific elevation of serum EV-associated CATH3 may be mechanistically involved in DFTD pathogenesis. This EV-based approach to biomarker discovery is directly applicable to improving understanding and diagnosis of a broad range of diseases in other species, and these findings directly enhance the capacity of conservation strategies to ensure the viability of the imperilled Tasmanian devil population.

Abstract Traumatic brain injury (TBI) triggers neuroinflammatory cascades mediated by microglia, which promotes tissue repair in the short-term. These cascades may exacerbate TBI-induced tissue damage and symptoms in the months to years post-injury. However, the progression of the microglial function across time post-injury and whether this differs between biological sexes is not well understood. In this study, we examined the microglial proteome in the days (3- and 7-days) to 1 month (28 days) after a midline fluid percussion injury (mFPI) in male and female mice using label-free quantitative proteomics. We identified a reduction in microglial proteins involved with clearance of neuronal debris via phagocytosis at 3- and 7-days post-injury. At 28 days post-injury pro-inflammatory proteins were decreased and anti-inflammatory proteins were increased in microglia. These results indicate a reduction in microglial clearance of neuronal debris in the days post-injury with a shift to anti-inflammatory function by 1 month. The changes in the microglial proteome that occurred across time post-injury did not differ between biological sexes. However, we did identify an increase in microglial proteins related to pro-inflammation as well as insulin and estrogen signalling in males compared with female mice that occurred with or without a brain injury. Although microglial response was similar between males and females up to 1 month following TBI, biological sex differences in the basal microglial proteome has implications for the efficacy of treatment strategies targeting the microglial response post-injury.

Many commensal bacteria and opportunistic pathogens scavenge heme from their environment. Pathogens and host are engaged in an arms race to control access to heme, but similar conflicts between bacterial species that might regulate pathogen colonisation are largely unknown. We show here that a commensal bacterium, Haemophilus haemolyticus , makes hemophilin, a heme-binding protein that not only allows the bacterium to effectively scavenge heme for its own growth, but also inhibits co-culture of the opportunistic pathogen, non-typeable Haemophilus influenzae (NTHi), by heme starvation. Knockout of the hemophilin gene abrogates the ability of H. haemolyticus to inhibit NTHi and an x-ray crystal structure shows that hemophilin has a previously unreported heme-binding structure. The bound heme molecule is deeply buried and the heme iron atom is coordinated through a single histidine side chain. Biochemical characterization shows that this arrangement allows heme to be captured in the ferrous or ferric state, and with small ferrous or ferric heme-ligands bound, suggesting hemophilin could function over in a wide range of physiological conditions. Our data raise the possibility that competition for heme between commensal and pathogenic bacteria can influence bacterial colonisation, and therefore disease likelihood, and suggest that strains of H. haemolyticus that overproduce hemophilin might have therapeutic uses in reducing colonisation and subsequent opportunistic infection by NTHi.

ABSTRACT CLN3 disease is a lysosomal storage disorder associated with fatal neurodegeneration that is caused by mutations in CLN3 . Most individuals with CLN3 disease carry at least one allele with a 966 bp deletion in CLN3 which results in the deletion of exons 7 and 8. There is a need for more physiologically relevant human cell-based CLN3 disease models to better understand the cellular changes during the disease process. Using CRISPR/Cas9, we corrected the 966 bp deletion mutation in human induced pluripotent stem cells (iPSCs) of a compound heterozygous patient ( CLN3 Δ 966 bp and E295K). The isogenic deletion-corrected and unedited CLN3 patient iPSCs were used for disease modeling. iPSC-derived neurons carrying this particular CLN3 mutation (CLN3 neurons) had lower functional activity as recorded using microelectrode arrays for most of the culture period. Proteomics analysis showed downregulation of proteins related to axon guidance and endocytosis at day in vitro (DIV) 14 and 42 in CLN3 neurons. This was accompanied by an increase in lysosomal-related proteins in CLN3 neurons. Western blot analysis revealed hyperglycosylation of the lysosomal marker, Lysosome Associated Membrane Protein 1 (LAMP1) in CLN3 neurons at DIV 14, 28 and 42, which was not apparent in control neurons. Ultrastructural analysis of CLN3 neurons showed numerous membrane-bound vacuoles containing diverse types of storage material, ranging from curvilinear deposits, multilamellar structures to osmiophilic deposits. Our findings suggest alterations in lysosomal function and neurodevelopment involving axon guidance and synaptic transmission in CLN3-deficient neuronal derivatives, which could be potential targets for therapy.