The (R)-enantiomer of 2-hydroxyglutarate, which is produced when IDH is mutated in human tumours, is shown to stimulate the activity of the EGLN prolyl 4-hydroxylases, leading to diminished levels of HIF and enhanced human astrocyte proliferation. Mutations in the isocitrate dehydrogenase genes IDH1 and IDH2 have been identified in gliomas, the most common form of brain tumour, and in other cancers including leukaemias. The mutated enzymes produce 2-hydroxyglutarate (2HG), which is a potential oncometabolite. Three papers in this issue of Nature examine the mechanisms through which IDH mutations promote cancers. Lu et al. show that 2HG-producing IDH mutants can prevent the histone demethylation that is required for progenitor cells to differentiate, potentially contributing to tumour-cell accumulation. Turcan et al. show that IDH1 mutation in primary human astrocytes induces DNA hypermethylation and reshapes the methylome to resemble that of the CIMP phenotype, a common feature of gliomas and other solid tumours. Koivunen et al. show that the (R)-enantiomer of 2HG (but not the (S)-enantiomer) can stimulate the activity of the EGLN prolyl 4-hydroxylases, leading to diminished levels of hypoxia-inducible factor (HIF), which in turn can enhance cell proliferation. These papers establish a framework for understanding gliomagenesis and highlight the interplay between genomic and epigenomic changes in human cancers. The identification of succinate dehydrogenase (SDH), fumarate hydratase (FH) and isocitrate dehydrogenase (IDH) mutations in human cancers has rekindled the idea that altered cellular metabolism can transform cells. Inactivating SDH and FH mutations cause the accumulation of succinate and fumarate, respectively, which can inhibit 2-oxoglutarate (2-OG)-dependent enzymes, including the EGLN prolyl 4-hydroxylases that mark the hypoxia inducible factor (HIF) transcription factor for polyubiquitylation and proteasomal degradation1. Inappropriate HIF activation is suspected of contributing to the pathogenesis of SDH-defective and FH-defective tumours but can suppress tumour growth in some other contexts. IDH1 and IDH2, which catalyse the interconversion of isocitrate and 2-OG, are frequently mutated in human brain tumours and leukaemias. The resulting mutants have the neomorphic ability to convert 2-OG to the (R)-enantiomer of 2-hydroxyglutarate ((R)-2HG)2,3. Here we show that (R)-2HG, but not (S)-2HG, stimulates EGLN activity, leading to diminished HIF levels, which enhances the proliferation and soft agar growth of human astrocytes. These findings define an enantiomer-specific mechanism by which the (R)-2HG that accumulates in IDH mutant brain tumours promotes transformation and provide a justification for exploring EGLN inhibition as a potential treatment strategy.

Schwann cells myelinate selected axons in the peripheral nervous system (PNS) and contribute to fast saltatory conduction via the formation of compact myelin, in which water is excluded from between tightly adhered lipid bilayers. Peripheral neuropathies, such as Charcot-Marie-Tooth disease (CMT) and Dejerine-Sottas syndrome (DSS), are incurable demyelinating conditions that result in pain, decrease in muscle mass, and functional impairment. Many Schwann cell proteins, which are directly involved in the stability of compact myelin or its development, are subject to mutations linked to these neuropathies. The most abundant PNS myelin protein is protein zero (P0); point mutations in this transmembrane protein cause CMT subtype 1B and DSS. P0 tethers apposing lipid bilayers together through its extracellular immunoglobulin-like domain. Additionally, P0 contains a cytoplasmic tail (P0ct), which is membrane-associated and contributes to the physical properties of the lipid membrane. Six CMT- and DSS-associated missense mutations have been reported in P0ct. We generated recombinant disease mutant variants of P0ct and characterized them using biophysical methods. Compared to wild-type P0ct, some mutants have negligible differences in function and folding, while others highlight functionally important amino acids within P0ct. For example, the D224Y variant of P0ct induced tight membrane multilayer stacking. Our results show a putative molecular basis for the hypermyelinating phenotype observed in patients with this particular mutation and provide overall information on the effects of disease-linked mutations in a flexible, membrane-binding protein segment.

Abstract Myosin B (MyoB) is a class 14 myosin expressed in all invasive stages of the malaria parasite, Plasmodium falciparum . It is not associated with the glideosome complex that drives motility and invasion of host cells. During red blood cell invasion, it remains at the apical tip of the merozoite but is no longer observed once invasion is completed. MyoB is not essential for parasite survival but, when it is knocked out, merozoites are delayed in the initial stages of red blood cell invasion, giving rise to a growth defect that correlates with reduced invasion success. Here, we have expressed and purified functional MyoB with the help of parasite-specific chaperones Hsp90 and Unc45, characterized its binding to actin and its known light chain MLC-B using biochemical and biophysical methods, and determined its low-resolution structure in solution using small-angle X-ray scattering. In addition to MLC-B, four other putative regulatory light chains were found to bind to the MyoB IQ2 motif in vitro . The purified recombinant MyoB adopted the overall shape of a myosin, exhibited actin-activated ATPase activity, and moved actin filaments in vitro . The ADP release rate was faster than the ATP turnover number, and thus, does not appear to be rate-limiting. This, together with the observed high affinity to actin and the specific localization of MyoB, may point towards a role in tethering and/or force sensing during early stages of invasion.

Abstract Actins are filament-forming, highly-conserved proteins in eukaryotes. They are involved in essential processes in the cytoplasm and have also nuclear functions. Malaria parasites ( Plasmodium spp.) have two actin isoforms that differ from each other and from canonical actins in structure and filament-forming properties. Actin I has an essential role in motility and is fairly well characterized. The structure and function of actin II are not as well understood, but mutational analyses have revealed two essential functions in male gametogenesis and in the zygote. Here, we present expression analysis, high-resolution filament structures, and biochemical characterization of Plasmodium actin II. We show that it is expressed in male gametocytes and zygotes and associated with the nucleus in both stages in filament-like structures. Unlike actin I, actin II readily forms long filaments in vitro , and near-atomic structures in the presence or absence of jasplakinolide reveal very similar structures. Small but significant differences compared to other actins in the openness and twist, the active site, the D-loop, and the plug region contribute to filament stability. Mutational analyses suggest that long and stable filaments are necessary for male gametogenesis, while the second function in the zygote stage also requires finetuned regulation by methylation of histidine 73. Actin II polymerizes via the classical nucleation-elongation mechanism and has a critical concentration of ~0.1 μM at the steady-state, like actin I and canonical actins. Similarly to actin I, dimers are a stable form of actin II at equilibrium. Significance statement Malaria is a parasitic infection caused by Plasmodium spp., which belong to the phylum Apicomplexa. In 2020, approximately 627000 people died from nearly 241 million malaria cases registered worldwide. In contrast to other apicomplexan parasites, Plasmodium spp. encode two actin isoforms. While actin I is part of the glideosome complex, essential for locomotion, actin II is present in the mosquito stages, where it has functions in gametogenesis and in the zygote. The exact function of actin II is still unclear, and information at the molecular level is limited. We show here that actin II is associated with the nucleus in gametocytes and zygotes and performs specific functions requiring both long filaments and fine-tuning by methylation of histidine 73. We determined the structures of the filamentous form of actin II at near-atomic resolution and characterized its polymerization properties in vitro . Our study provides a molecular basis for the differences between actins of the malaria parasite and humans, as well as between the two parasite actin isoforms. Furthermore, the in vivo studies provide insights into the function of actin II in the parasite.

Abstract Cronartium pini and C. ribicola are rust fungi that cause destructive diseases of pines ( Pinus spp.). These rusts spread via alternate hosts, among which Melampyrum spp., Veronica spp. and Impatiens spp. are important for C. pini and Ribes spp. for C. ribicola . Congeneric alternate hosts vary in their susceptibility to Cronartium rusts, but the reasons for this variation are not clear. To clarify whether internal, endophytic fungi could explain these differences, we investigated the temporal and spatial variation in fungal endophyte composition of C. pini -resistant M. pratense , V. chamaedrys and I. glandulifera , C. pini -susceptible M. sylvaticum , V. longifolia and I. balsamina , C. ribicola -resistant R. rubrum and C. ribicola -susceptible R. nigrum . In total, 2695 fungal endophytic isolates were obtained and classified into 37 morphotypes, with 1373 cultures isolated in early summer and 1322 in late summer. Fifty-two isolates were identified to species or genus level. The most common morphotypes were identified as Heterophoma sp. Some variation in the abundance of morphotypes occurred between collection sites, but the same morphotypes dominated across the sites and species. The diversity of morphotypes was higher in early September than in late June in all species and the same morphotypes dominated in both early and late season. The diversity of fungal endophytes was higher in resistant Veronica and Ribes than in susceptible congeneric species, but the results suggest that the diversity or abundance of culturable fungal endophytes does not explain the differences in the congeneric species’ susceptibility to rust fungi.