The kinetic parameters, steroid substrate specificity and identities of reaction products were determined for four homogeneous recombinant human 3α-hydroxysteroid dehydrogenase (3α-HSD) isoforms of the aldo-keto reductase (AKR) superfamily. The enzymes correspond to type 1 3α-HSD (AKR1C4), type 2 3α(17β)-HSD (AKR1C3), type 3 3α-HSD (AKR1C2) and 20α(3α)-HSD (AKR1C1), and share at least 84% amino acid sequence identity. All enzymes acted as NAD(P)(H)-dependent 3-, 17- and 20-ketosteroid reductases and as 3α-, 17β- and 20α-hydroxysteroid oxidases. The functional plasticity of these isoforms highlights their ability to modulate the levels of active androgens, oestrogens and progestins. Salient features were that AKR1C4 was the most catalytically efficient, with kcat/Km values for substrates that exceeded those obtained with other isoforms by 10–30-fold. In the reduction direction, all isoforms inactivated 5α-dihydrotestosterone (17β-hydroxy-5α-androstan-3-one; 5α-DHT) to yield 5α-androstane-3α,17β-diol (3α-androstanediol). However, only AKR1C3 reduced ∆4-androstene-3,17-dione to produce significant amounts of testosterone. All isoforms reduced oestrone to 17β-oestradiol, and progesterone to 20α-hydroxy-pregn-4-ene-3,20-dione (20α-hydroxyprogesterone). In the oxidation direction, only AKR1C2 converted 3α-androstanediol to the active hormone 5α-DHT. AKR1C3 and AKR1C4 oxidized testosterone to ∆4-androstene-3,17-dione. All isoforms oxidized 17β-oestradiol to oestrone, and 20α-hydroxyprogesterone to progesterone. Discrete tissue distribution of these AKR1C enzymes was observed using isoform-specific reverse transcriptase-PCR. AKR1C4 was virtually liver-specific and its high kcat/Km allows this enzyme to form 5α/5β-tetrahydrosteroids robustly. AKR1C3 was most prominent in the prostate and mammary glands. The ability of AKR1C3 to interconvert testosterone with ∆4-androstene-3,17-dione, but to inactivate 5α-DHT, is consistent with this enzyme eliminating active androgens from the prostate. In the mammary gland, AKR1C3 will convert ∆4-androstene-3,17-dione to testosterone (a substrate aromatizable to 17β-oestradiol), oestrone to 17β-oestradiol, and progesterone to 20α-hydroxyprogesterone, and this concerted reductive activity may yield a pro-oesterogenic state. AKR1C3 is also the dominant form in the uterus and is responsible for the synthesis of 3α-androstanediol which has been implicated as a parturition hormone. The major isoforms in the brain, capable of synthesizing anxiolytic steroids, are AKR1C1 and AKR1C2. These studies are in stark contrast with those in rat where only a single AKR with positional- and stereo-specificity for 3α-hydroxysteroids exists.

Purpose Selective internal radiation therapy or radioembolization (RE) shows efficacy in unresectable hepatocellular carcinoma (HCC) limited to the liver. This study compared the safety and efficacy of RE and sorafenib in patients with locally advanced HCC. Patients and Methods SIRveNIB (selective internal radiation therapy v sorafenib), an open-label, investigator-initiated, phase III trial, compared yttrium-90 ( 90 Y) resin microspheres RE with sorafenib 800 mg/d in patients with locally advanced HCC in a two-tailed study designed for superiority/detriment. Patients were randomly assigned 1:1 and stratified by center and presence of portal vein thrombosis. Primary end point was overall survival (OS). Efficacy analyses were performed in the intention-to-treat population and safety analyses in the treated population. Results A total of 360 patients were randomly assigned (RE, 182; sorafenib, 178) from 11 countries in the Asia-Pacific region. In the RE and sorafenib groups, 28.6% and 9.0%, respectively, failed to receive assigned therapy without significant cross-over to either group. Median OS was 8.8 and 10.0 months with RE and sorafenib, respectively (hazard ratio, 1.1; 95% CI, 0.9 to 1.4; P = .36). A total of 1,468 treatment-emergent adverse events (AEs) were reported (RE, 437; sorafenib, 1,031). Significantly fewer patients in the RE than sorafenib group had grade ≥ 3 AEs (36 of 130 [27.7%]) v 82 of 162 [50.6%]; P < .001). The most common grade ≥ 3 AEs were ascites (five of 130 [3.8%] v four of 162 [2.5%] patients), abdominal pain (three [2.3%] v two [1.2%] patients), anemia (zero v four [2.5%] patients), and radiation hepatitis (two [1.5%] v zero [0%] patients). Fewer patients in the RE group (27 of 130 [20.8%]) than in the sorafenib group (57 of 162 [35.2%]) had serious AEs. Conclusion In patients with locally advanced HCC, OS did not differ significantly between RE and sorafenib. The improved toxicity profile of RE may inform treatment choice in selected patients.

Abstract SARS-CoV-2 infects a broader range of mammalian species than previously anticipated, suggesting there may be additional unknown hosts wherein the virus can evolve and potentially circumvent effective vaccines. We find that SARS-CoV-2 gains a wide host range by binding ACE2 sites essential for ACE2 carboxypeptidase activity. Six mutations found only in rodent species immune to SARS-CoV-2 are sufficient to abolish viral binding to human and dog ACE2. This is achieved through context-dependent mutational effects (intramolecular epistasis) conserved despite ACE2 sequence divergence between species. Across mammals, this epistasis generates sequence-function diversity, but through structures all bound by SARS-CoV-2. Mutational trajectories to the mouse conformation not bound by SARS-CoV-2 are blocked, by single mutations functionally deleterious in isolation, but compensatory in combination, explaining why human polymorphisms at these sites are virtually non-existent. Closed to humans, this path was opened to rodents via permissive cardiovascular phenotypes and ancient increases to ACE2 activity, serendipitously granting SARS-CoV-2 immunity. This reveals how ancient evolutionary trajectories are linked with unprecedented phenotypes such as COVID-19 and suggests extreme caution should be taken to monitor and prevent emerging animal reservoirs of SARS-CoV-2. One sentence summary A conserved mechanism essential for ACE2 catalytic activity is exploited by SARS-CoV-2 binding, allowing the virus to infect a wide range of species.

Somatic mutations are desirable targets for selective elimination of cancer, yet most are found within noncoding regions. We have adapted the CRISPR-Cas9 gene editing tool as a novel, cancer-specific killing strategy by targeting the subset of somatic mutations that create protospacer adjacent motifs (PAMs), which have evolutionally allowed bacterial cells to distinguish between self and non-self DNA for Cas9-induced double strand breaks. Whole genome sequencing (WGS) of paired tumor minus normal (T-N) samples from three pancreatic cancer patients (Panc480, Panc504, and Panc1002) showed an average of 417 somatic PAMs per tumor produced from single base substitutions. Further analyses of 591 paired T-N samples from The International Cancer Genome Consortium found medians of ∼455 somatic PAMs per tumor in pancreatic, ∼2800 in lung, and ∼3200 in esophageal cancer cohorts. Finally, we demonstrated 69-99% selective cell death of three targeted pancreatic cancer cell lines using 4-9 sgRNAs designed using the somatic PAM discovery approach. We also showed no off-target activity from these tumor-specific sgRNAs in either the patient's normal cells or an irrelevant cancer using WGS. This study demonstrates the potential of CRISPR-Cas9 as a novel and selective anti-cancer strategy, and supports the genetic targeting of adult cancers.

The lengthy and complicated current regimen required to treat drug-susceptible tuberculosis (TB) reflects the ability of Mycobacterium tuberculosis (Mtb) to persist in host tissues. The stringent response pathway, governed by the dual (p)ppGpp synthetase/hydrolase, RelMtb, is a major mechanism underlying Mtb persistence and antibiotic tolerance. In the current study, we addressed the hypothesis that RelMtb is a persistence antigen presented during TB chemotherapy and that enhanced T-cell immunity to RelMtb can enhance the tuberculocidal activity of the first-line anti-TB drug, isoniazid, which has reduced efficacy against Mtb persisters, C57BL/6 mice and Hartley guinea pigs were aerosol-infected with Mycobacterium tuberculosis (Mtb) and, 4 weeks later, received either human-equivalent daily doses of isoniazid alone, or isoniazid in combination with a DNA vaccine targeting relMtb. After isoniazid treatment, the total number of Mtb antigen-specific CD4+ T cells remained stable in mouse lungs and spleens, as did the number of RelMtb-specific T cells, although there was a significant reduction in dominant antigen ESAT6-specific CD4+ or TB10.4-specific CD8+ T cells in the lungs and spleens of mice, Therapeutic vaccination enhanced the activity of isoniazid in Mtb-infected C57BL/6 mice and guinea pigs. When treatment with isoniazid was discontinued, mice immunized with the relMtb DNA vaccine showed a lower mean lung bacterial burden at relapse compared to the control group. Our work shows that antitubercular treatment shapes antigen presentation and antigen-specific T-cell responses, and that therapeutic vaccination targeting the Mtb stringent response may represent a novel approach to enhance immunity against Mtb persisters, with the ultimate goal of shortening curative TB treatment.

Abstract The ability to identify and characterize individual biomarker protein molecules in patient blood samples could enable diagnosis of diseases at an earlier stage, when treatment is typically more effective. Single-molecule imaging offers a promising approach to accomplish this goal. However, thus far single-molecule imaging methods have only been used to monitor protein molecules in solutions or cell lysates, and have not been translated into the clinical arena. Furthermore, the detection limit of these methods has been confined to the picomolar (10 −12 M) range. In many diseases, the circulating concentrations of biomarker proteins fall several orders of magnitude below this range. Here we describe Single-Molecule Augmented Capture (SMAC), a single-molecule imaging technique to visualize, quantify, and characterize individual protein molecules of interest down to the subfemtomolar (<10 −15 M) range, even in complex biologic fluids. We demonstrate SMAC in a wide variety of applications with human blood samples, including the analysis of disease-associated secreted proteins, membrane proteins, and rare intracellular proteins. Using ovarian cancer as a model, a lethal malignancy in which high-grade disease is driven almost universally by alterations in the TP53 gene and frequently only diagnosed at a late, incurable stage, we found that mutant pattern p53 proteins are released into the blood in patients at an early stage in disease progression. SMAC opens the door to the application of single-molecule imaging in non-invasive disease profiling and allows for the analysis of circulating mutant proteins as a new class of highly specific disease biomarkers. The SMAC platform can be adapted to multiplex or high-throughput formats to characterize heterogeneous biochemical and structural features of circulating proteins-of-interest. One Sentence Summary A single-molecule imaging approach detects individual disease-specific protein molecules, including mutant intracellular proteins, in blood samples.