HVint: a strategy for identifying novel protein-protein interactions in Herpes Simplex Virus Type 1

Human herpesviruses are widespread human pathogens with a remarkable impact on worldwide public health. Despite intense decades of research, the molecular details in many aspects of their function remain to be fully characterized. To unravel the details of how these viruses operate, a thorough understanding of the relationships between the involved components is key. Here, we present HVint, a novel protein-protein intra-viral interaction resource for herpes simplex virus type 1 (HSV-1) integrating data from five external sources. To assess each interaction, we used a scoring scheme that takes into consideration aspects such as the type of detection method and the number of lines of evidence. The coverage of the initial interactome was further increased using evolutionary information, by importing interactions reported for other human herpesviruses. These latter interactions constitute, therefore, computational predictions for potential novel interactions in HSV-1. An independent experimental analysis was performed to confirm a subset of our predicted interactions. This subset covers proteins that contribute to nuclear egress and primary envelopment events, including VP26, pUL31, pUL40 and the recently characterized pUL32 and pUL21. Our findings support a coordinated crosstalk between VP26 and proteins such as pUL31, pUS9 and the CSVC complex, contributing to the development of a model describing the nuclear egress and primary envelopment pathways of newly synthesized HSV-1 capsids. The results are also consistent with recent findings on the involvement of pUL32 in capsid maturation and early tegumentation events. Further, they open the door to new hypotheses on virus-specific regulators of pUS9-dependent transport. To make this repository of interactions readily accessible for the scientific community, we also developed a user-friendly and interactive web interface. Our approach demonstrates the power of computational predictions to assist in the design of targeted experiments for the discovery of novel protein-protein interactions

Charakterisierung des zellulären Mikromilieus in humanen Hirnmetastasen

Hirnmetastasen stellen eine schwerwiegende Komplikation der häufigsten Tumorerkrankungen wie der Lungenkarzinome, der Mammakarzinome und der Kolonkarzinome dar. Die mediane Überlebenszeit nach Metastasierung in das zentrale Nervensystem beträgt trotz leitliniengerechter Therapie meist nur wenige Monate. Neue zielgerichtete Therapien zeigten bereits erfolgreich eine Wirkung in Hirnmetastasen unterschiedlicher Entitäten. Auch aus diesem Grund sind zielgerichtete Therapien, die ihre Wirkung über das Tumormikromilieu erreichen wie beispielsweise Immuncheckpoint-Inhibitoren, immer interessanter für die klinische Anwendung. Damit rückt auch das Tumormikromilieu bzw. das zellarme, bindegewebige Tumorstroma immer weiter in den Vordergrund der aktuellen onkologischen Forschung. Auch Hirnmetastasen können ein eigenes bindegewebiges Tumorstroma innerhalb des Tumormikromilieus bilden, das sich histologisch stark von der physiologischen zerebralen Mikroumgebung unterscheidet, welche sich typischerweise aus Gliazellen, Neuronen, neurovaskulären Einheiten und Mikroglia zusammensetzt. Ortständige, Stromagenerierende Fibroblasten, wie sie z.B. im Lungen- und Brustgewebe vorkommen, können daher nicht die Ursprungszellen des Tumorstromas in Hirnmetastasen sein. Es ist bislang nicht eindeutig geklärt, welche Zelltypen an der Formation des Tumorstromas beteiligt sind. Weiterhin ist bislang nicht dezidiert geklärt wie sich das Tumormikromilieu auf Zellebene in Hirnmetastasen zusammensetzt und ob bestimmte Zusammensetzungen einen Einfluss auf das Überleben von Patienten haben. In dieser Arbeit wurde aus diesem Grund mit Hilfe von immunhistochemischen Färbungen das Tumormikromilieu in einer großen Kohorte von insgesamt 244 Hirnmetastasen-Patienten genauer charakterisiert. Fokus lag darin herauszufinden, welche Zellen an der Produktion des Tumorstromas beteiligt sind. Im Anschluss wurde mit Hilfe der klinischen Daten geprüft, ob bestimmte Zusammensetzungen oder Eigenschaften des Tumormikromilieus Einfluss auf das Überleben der Patienten haben. Weiterhin wurde mithilfe der durch Immunhistochemie erhobenen Daten untersucht, ob sich das Tumormikromilieu von Patienten, bei denen die Hirnmetastase zur Erstmanifestation der Tumorerkrankung geführt hatte, im Vergleich zu Patienten mit Hirnmetastasen unterscheidet, bei denen bereits die Tumorerkrankung bekannt war. In den vorliegenden Daten ergab sich eine starke Assoziation zwischen der Expression von mesenchymalen Markern FAP, PDGFRb und Kollagen I, einem Hauptbestandteil von Stroma. Es zeigte sich wiederum keine eindeutige Assoziation zwischen Kollagen I und GFAP, dem Intermediärfilament der Gliazellen. Insgesamt konnte eine große Heterogenität in der Zusammensetzung des Tumormikromilieus zwischen den unterschiedlichen Entitäten festgestellt werden. So zeigten insbesondere die Hirnmetastasen von Nierenzellkarzinomen eine erhöhte Gefäßdichte. Zusätzlich zeigte sich in Nierenzellkarzinomen als auch Lungenkarzinomen eine erhöhte mediane Immunzellinfiltration von CD8-positiven Zellen im Vergleich zu anderen Entitäten. Das Tumormikromilieu hatte zumeist keinen Einfluss auf das Überleben der Hirnmetastasen-Patienten. Lediglich die Expression von vaskulärem PDGFRb hatte in NSCLC-Patienten einen negativen Einfluss auf das Überleben. Außerdem zeigten Kolonkarzinom-Patienten mit erhöhter FAP-Expression ein verbessertes Überleben nach Hirnmetastasen-OP. Patienten mit Hirnmetastase als Erstmanifestation der Tumorerkrankung zeigten zur Vergleichsgruppe mit Patienten, die eine Hirnmetastase unter bekannter Tumorerkrankung entwickelten, eine signifikant erhöhte PD-L1-Expression als auch Infiltration von zytotoxischen T-Zellen. Für weitere klinische oder biologische Parameter wie Geschlecht, Proliferationsrate oder Mutationsstatus fanden sich keine eindeutigen statistischen Unterschiede zwischen diesen beiden Patientengruppen. Die vorliegenden Daten bekräftigten die Idee, dass das Tumorstroma von Hirnmetastasen durch mesenchymale Zellen produziert wird. So könnte eine zielgerichtete Therapie von Stroma-produzierenden Zellen ein interessanter Angriffspunkt zur Prävention einer soliden Hirnmetastasen sein. Patienten mit Hirnmetastase als Erstmanifestation der Tumorerkrankungen sollten in Zukunft vermehrt innerhalb klinischer Studien beachtet werden, da diese aufgrund des veränderten Tumormikromilieus mit erhöhter Infiltration von zytotoxischen T-Zellen als auch PD-L1-Expression von Immuntherapien stärker profitieren könnten

Progression of pathology in PINK1-deficient mouse brain from splicing via ubiquitination, ER stress, and mitophagy changes to neuroinflammation

Background: PINK1 deficiency causes the autosomal recessive PARK6 variant of Parkinson’s disease. PINK1 activates ubiquitin by phosphorylation and cooperates with the downstream ubiquitin ligase PARKIN, to exert quality control and control autophagic degradation of mitochondria and of misfolded proteins in all cell types. Methods: Global transcriptome profiling of mouse brain and neuron cultures were assessed in protein-protein interaction diagrams and by pathway enrichment algorithms. Validation by quantitative reverse transcriptase polymerase chain reaction and immunoblots was performed, including human neuroblastoma cells and patient primary skin fibroblasts. Results: In a first approach, we documented Pink1-deleted mice across the lifespan regarding brain mRNAs. The expression changes were always subtle, consistently affecting “intracellular membrane-bounded organelles”. Significant anomalies involved about 250 factors at age 6 weeks, 1300 at 6 months, and more than 3500 at age 18 months in the cerebellar tissue, including Srsf10, Ube3a, Mapk8, Creb3, and Nfkbia. Initially, mildly significant pathway enrichment for the spliceosome was apparent. Later, highly significant networks of ubiquitin-mediated proteolysis and endoplasmic reticulum protein processing occurred. Finally, an enrichment of neuroinflammation factors appeared, together with profiles of bacterial invasion and MAPK signaling changes—while mitophagy had minor significance. Immunohistochemistry showed pronounced cellular response of Iba1-positive microglia and GFAP-positive astrocytes; brain lipidomics observed increases of ceramides as neuroinflammatory signs at old age. In a second approach, we assessed PINK1 deficiency in the presence of a stressor. Marked dysregulations of microbial defense factors Ifit3 and Rsad2 were consistently observed upon five analyses: (1) Pink1 −/− primary neurons in the first weeks after brain dissociation, (2) aged Pink1 −/− midbrain with transgenic A53T-alpha-synuclein overexpression, (3) human neuroblastoma cells with PINK1-knockdown and murine Pink1 −/− embryonal fibroblasts undergoing acute starvation, (4) triggering mitophagy in these cells with trifluoromethoxy carbonylcyanide phenylhydrazone (FCCP), and (5) subjecting them to pathogenic RNA-analogue poly(I:C). The stress regulation of MAVS, RSAD2, DDX58, IFIT3, IFIT1, and LRRK2 was PINK1 dependent. Dysregulation of some innate immunity genes was also found in skin fibroblast cells from PARK6 patients. Conclusions: Thus, an individual biomarker with expression correlating to progression was not identified. Instead, more advanced disease stages involved additional pathways. Hence, our results identify PINK1 deficiency as an early modulator of innate immunity in neurons, which precedes late stages of neuroinflammation during alpha-synuclein spreading

Linking epigenetic signature and metabolic phenotype in IDH mutant and IDH wildtype diffuse glioma

Aims: Changes in metabolism are known to contribute to tumour phenotypes. If and how metabolic alterations in brain tumours contribute to patient outcome is still poorly understood. Epigenetics impact metabolism and mitochondrial function. The aim of this study is a characterisation of metabolic features in molecular subgroups of isocitrate dehydrogenase mutant (IDHmut) and isocitrate dehydrogenase wildtype (IDHwt) gliomas. Methods: We employed DNA methylation pattern analyses with a special focus on metabolic genes, large-scale metabolism panel immunohistochemistry (IHC), qPCR-based determination of mitochondrial DNA copy number and immune cell content using IHC and deconvolution of DNA methylation data. We analysed molecularly characterised gliomas (n = 57) for in depth DNA methylation, a cohort of primary and recurrent gliomas (n = 22) for mitochondrial copy number and validated these results in a large glioma cohort (n = 293). Finally, we investigated the potential of metabolic markers in Bevacizumab (Bev)-treated gliomas (n = 29). Results: DNA methylation patterns of metabolic genes successfully distinguished the molecular subtypes of IDHmut and IDHwt gliomas. Promoter methylation of lactate dehydrogenase A negatively correlated with protein expression and was associated with IDHmut gliomas. Mitochondrial DNA copy number was increased in IDHmut tumours and did not change in recurrent tumours. Hierarchical clustering based on metabolism panel IHC revealed distinct subclasses of IDHmut and IDHwt gliomas with an impact on patient outcome. Further quantification of these markers allowed for the prediction of survival under anti-angiogenic therapy. Conclusion: A mitochondrial signature was associated with increased survival in all analyses, which could indicate tumour subgroups with specific metabolic vulnerabilities

Additional file 11: Fig. S4. of Progression of pathology in PINK1-deficient mouse brain from splicing via ubiquitination, ER stress, and mitophagy changes to neuroinflammation

Transcriptional response of innate immunity factors to 24 h treatment with uncoupling drug FCCP and subsequent mitophagy, in dependence on PINK1. Three independent experiments in SH-SY5Y human neuroblastoma (above) and murine embryonal fibroblast cells (below) documented the expression of key inflammatory factors in untreated versus drug-treated cells, comparing control with PINK1-deficiency. The bar graphs show mean and standard error of the mean, illustrating the significance with asterisks (* p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001). (TIFF 538 kb