Members of the 18 glycosyl hydrolase (GH 18) gene family have been conserved over species and time and are dysregulated in inflammatory, infectious, remodeling, and neoplastic disorders. This is particularly striking for the prototypic chitinase-like protein chitinase 3-like 1 (Chi3l1), which plays a critical role in antipathogen responses where it augments bacterial killing while stimulating disease tolerance by controlling cell death, inflammation, and remodeling. However, receptors that mediate the effects of GH 18 moieties have not been defined. Here, we demonstrate that Chi3l1 binds to interleukin-13 receptor α2 (IL-13Rα2) and that Chi3l1, IL-13Rα2, and IL-13 are in a multimeric complex. We also demonstrate that Chi3l1 activates macrophage mitogen-activated protein kinase, protein kinase B/AKT, and Wnt/β-catenin signaling and regulates oxidant injury, apoptosis, pyroptosis, inflammasome activation, antibacterial responses, melanoma metastasis, and TGF-β1 production via IL-13Rα2-dependent mechanisms. Thus, IL-13Rα2 is a GH 18 receptor that plays a critical role in Chi3l1 effector responses.

SUMMARY Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) spreads globally as a sever pandemic, which is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Cell entry of SARS-CoV-2 mainly depends on binding of the viral spike (S) proteins to angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) on host cells. Therefore, repurposing of known drugs to inhibit S protein-ACE2 interaction could be a quick way to develop effective therapy for COVID-19. Using a high-throughput screening system to investigate the interaction between spike receptor binding domain (S-RBD) and ACE2 extracellular domain, we screened 3581 FDA-approved drugs and natural small molecules and identified ceftazidime as a potent compound to inhibit S-RBD–ACE2 interaction by binding to S-RBD. In addition to significantly inhibit S-RBD binding to HPAEpiC cells, ceftazidime efficiently prevented SARS-CoV-2 pseudovirus to infect ACE2-expressing 293T cells. The inhibitory concentration (IC 50 ) was 113.2 μM, which is far below the blood concentration (over 300 μM) of ceftazidime in patients when clinically treated with recommended dose. Notably, ceftazidime is a drug clinically used for the treatment of pneumonia with minimal side effects compared with other antiviral drugs. Thus, ceftazidime has both anti-bacterial and anti-SARS-CoV-2 effects, which should be the first-line antibiotics used for the clinical treatment of COVID-19.

Abstract Patients who suffer from sepsis typically experience acute lung injury (ALI). Extracellular vesicles (EVs) contain miRNAs, which are potentially involved in ALI. However, strategies to screen more effective EV-miRNAs as therapeutic targets are yet to be elucidated. In this study, functional EV-miRNAs were identified based on multiomics analysis of single-cell RNA sequencing of targeted organs and serum EV (sEV) miRNA profiles in patients with sepsis. The proportions of neutrophils and macrophages were increased significantly in the lungs of mice receiving sEVs from patients with sepsis compared with healthy controls. Macrophages released more EVs than neutrophils. MiR-125a-5p delivery by sEVs to lung macrophages inhibited Tnfaip3, while miR-221-3p delivery to lung neutrophils inhibited Fos. Macrophage membrane nanoparticles (MM NPs) loaded with an miR-125a-5p inhibitor or miR-221-3p mimic attenuated the response to lipopolysaccharide (LPS)-induced ALI. Transcriptome profiling revealed that EVs derived from LPS-stimulated bone marrow-derived macrophages (BMDMs) induced oxidative stress in neutrophils. Blocking toll-like receptor, CXCR2, or TNFα signaling in neutrophils attenuated the oxidative stress induced by LPS-stimulated BMDM-EVs. This study presents a novel method to screen functional EV-miRNAs and highlights the pivotal role of macrophage-derived EVs in ALI. MM NPs, as delivery systems of key sEV-miRNA mimics or inhibitors, alleviated cellular responses observed in sepsis-induced ALI. This strategy can be used to reduce septic organ damage, particularly lung damage, by targeting EVs.

Abstract One question in lymphocyte homing is how integrins are rapidly activated to enable immediate arrest of fast rolling lymphocytes upon encountering chemokines at target vascular beds given the slow chemokine-induced integrin inside-out activation. Herein we demonstrate that chemokine CCL25-triggered Ca 2+ influx induces T cell membrane-proximal external Ca 2+ concentration ([Ca 2+ ] ex ) drop in 6 s from physiological concentration 1.2 mM to 0.3 mM, a critical extracellular Ca 2+ threshold for inducing αLβ2 activation, triggering rapid αLβ2 activation and T cell arrest before occurrence of αLβ2 inside-out activation. Talin knockdown inhibits the slow inside-out activation of αLβ2 but not [Ca 2+ ] ex drop-triggered αLβ2 quick activation. Blocking Ca 2+ influx significantly suppresses T cell rolling-to-arrest transition and homing to skin lesions in a mouse psoriasis model, thus alleviating skin inflammation. [Ca 2+ ] ex decrease-triggered rapid integrin activation bridges the gap between initial chemokine stimulation and slow integrin inside-out activation, ensuring immediate lymphocyte arrest and subsequent diapedesis on the right location.

Abstract The sodium channel Na V 1.6 is widely expressed in neurons of the central and peripheral nervous systems, which plays a critical role in regulating neuronal excitability. Dysfunction of Na V 1.6 has been linked to epileptic encephalopathy, intellectual disability and movement disorders. Here we present cryo-EM structures of human Na V 1.6/β1/β2 alone and complexed with a guanidinium neurotoxin 4,9-anhydro-tetrodotoxin (4,9-ah-TTX), revealing molecular mechanism of Na V 1.6 inhibition by the blocker. In the apo-form structure, two potential Na + binding sites were revealed in the selectivity filter, suggesting a possible mechanism for Na + selectivity and conductance. In the 4,9-ah-TTX-bound structure, 4,9-ah-TTX binds to a pocket similar to the tetrodotoxin (TTX) binding site, which occupies the Na + binding sites and completely blocks the channel. Molecular dynamics simulation results show that subtle conformational differences in the selectivity filter affect the affinity of TTX analogues. Taken together, our results provide important insights into Na V 1.6 structure, ion conductance, and inhibition.

Abstract N-type voltage-gated calcium (Ca V ) channels mediate Ca 2+ influx at the presynaptic terminals in response to action potential and play vital roles in synaptogenesis, neurotransmitter releasing, and nociceptive transmission. Here we elucidate a cryo-electron microscopy (cryo-EM) structure of the human Ca V 2.2 complex at resolution of 2.8 Å. This complex structure reveals how the Ca V 2.2, β1, and α2δ1 subunits are assembled. In our structure, the second voltage-sensing domain (VSD) is stabilized at a resting-state conformation, which is distinct from the other three VSDs of Ca V 2.2 as well as activated VSDs observed in previous structures of Ca V channels. The structure also shows that the intracellular gate formed by S6 helices is closed, and a W-helix from the DII-III linker is determined to act as a blocking-ball that causes closed-state inactivation in Ca V 2.2. Collectively, our structure provides previously unseen structural insights into fundamental gating mechanisms of Ca V channels.