Globular-shaped variable lymphocyte receptors B antibody multimerized by a hydrophobic clustering in hagfish

In hagfish and lampreys, two representative jawless vertebrates, the humoral immunity is directly mediated by variable lymphocyte receptors B (VLRBs). Both monomeric VLRBs are structurally and functionally similar, but their C-terminal tails differ: lamprey VLRB has a Cys-rich tail that forms disulfide-linked pentamers of dimers, contributing to its multivalency, whereas hagfish VLRB has a superhydrophobic tail of unknown structure. Here, we reveal that VLRBs obtained from hagfish plasma have a globular-shaped multimerized form (approximately 0.6 to 1.7 MDa) that is generated by hydrophobic clustering instead of covalent linkage. Electron microscopy (EM) and single-particle analysis showed that the multimerized VLRBs form globular-shaped clusters with an average diameter of 28.7 ± 2.2 nm. The presence of VLRBs in the complex was confirmed by immune-EM analysis using an anti-VLRB antibody. Furthermore, the hydrophobic hagfish C-terminus (HC) was capable of triggering multimerization and directing the cellular surface localization via a glycophosphatidylinositol linkage. Our results strongly suggest that the hagfish VLRB forms a previously unknown globular-shaped antibody. This novel identification of a structurally unusual VLRB complex may suggest that the adaptive immune system of hagfish differs from that of lamprey

Identification and Characterization of the Lamprey High-Mobility Group Box 1 Gene

High-mobility group box 1 (HMGB1), a highly conserved DNA-binding protein, plays an important role in maintaining nucleosome structures, transcription, and inflammation. We identified a homolog of HMGB1 in the Japanese lamprey (Lampetra japonica). The Lampetra japonica HMGB1 gene (Lj-HMGB1) has over 70% sequence identity with its homologs in jawed vertebrates. Despite the reasonably high sequence identity with other HMGB1 proteins, Lj-HMGB1 did not group together with these proteins in a phylogenetic analysis. We examined Lj-HMGB1 expression in lymphocyte-like cells, and the kidneys, heart, gills, and intestines of lampreys before and after the animals were challenged with lipopolysaccharide (LPS) and concanavalin A (ConA). Lj-HMGB1 was initially expressed at a higher level in the heart, but after treatment with LPS and ConA only the gills demonstrated a significant up-regulation of expression. The recombinant Lj-HMGB1 (rLj-HMGB1) protein bound double-stranded DNA and induced the proliferation of human adenocarcinoma cells to a similar extent as human HMGB1. We further revealed that Lj-HMGB1 was able to induce the production of tumor necrosis factor-α (TNF-α), a pro-inflammatory mediator, in activated human acute monocytic leukemia cells. These results suggest that lampreys use HMGB1 to activate their innate immunity for the purpose of pathogen defense

The Identification of Lymphocyte-Like Cells and Lymphoid-Related Genes in Amphioxus Indicates the Twilight for the Emergency of Adaptive Immune System

To seek evidence of a primitive adaptive immune system (AIS) before vertebrate, we examined whether lymphocytes or lymphocyte-like cells and the related molecules participating in the lymphocyte function existed in amphioxus. Anatomical analysis by electron microscopy revealed the presence of lymphocyte-like cells in gills, and these cells underwent morphological changes in response to microbial pathogens that are reminiscent of those of mammalian lymphocytes executing immune response to microbial challenge. In addition, a systematic comparative analysis of our cDNA database of amphioxus identified a large number of genes whose vertebrate counterparts are involved in lymphocyte function. Among these genes, several genes were found to be expressed in the vicinity of the lymphocyte-like cells by in situ hybridization and up-regulated after exposure to microbial pathogens. Our findings in the amphioxus indicate the twilight for the emergency of AIS before the invertebrate-vertebrate transition during evolution

Direct Bacterial Killing In Vitro by Recombinant Nod2 Is Compromised by Crohn's Disease-Associated Mutations

Background: A homeostatic relationship with the intestinal microflora is increasingly appreciated as essential for human health and wellbeing. Mutations in the leucine-rich repeat (LRR) domain of Nod2, a bacterial recognition protein, are associated with development of the inflammatory bowel disorder, Crohn’s disease. We investigated the molecular mechanisms underlying disruption of intestinal symbiosis in patients carrying Nod2 mutations. Methodology/Principal Findings: In this study, using purified recombinant LRR domains, we demonstrate that Nod2 is a direct antimicrobial agent and this activity is generally deficient in proteins carrying Crohn’s-associated mutations. Wildtype, but not Crohn’s-associated, Nod2 LRR domains directly interacted with bacteria in vitro, altered their metabolism and disrupted the integrity of the plasma membrane. Antibiotic activity was also expressed by the LRR domains of Nod1 and other pattern recognition receptors suggesting that the LRR domain is a conserved anti-microbial motif supporting innate cellular immunity. Conclusions/Significance: The lack of anti-bacterial activity demonstrated with Crohn’s-associated Nod2 mutations in vitro, supports the hypothesis that a deficiency in direct bacterial killing contributes to the association of Nod2 polymorphism

Controlled Chaos of Polymorphic Mucins in a Metazoan Parasite (Schistosoma mansoni) Interacting with Its Invertebrate Host (Biomphalaria glabrata)

Invertebrates were long thought to possess only a simple, effective and hence non-adaptive defence system against microbial and parasitic attacks. However, recent studies have shown that invertebrate immunity also relies on immune receptors that diversify (e.g. in echinoderms, insects and mollusks (Biomphalaria glabrata)). Apparently, individual or population-based polymorphism-generating mechanisms exists that permit the survival of invertebrate species exposed to parasites. Consequently, the generally accepted arms race hypothesis predicts that molecular diversity and polymorphism also exist in parasites of invertebrates. We investigated the diversity and polymorphism of parasite molecules (Schistosoma mansoni Polymorphic Mucins, SmPoMucs) that are key factors for the compatibility of schistosomes interacting with their host, the mollusc Biomphalaria glabrata. We have elucidated the complex cascade of mechanisms acting both at the genomic level and during expression that confer polymorphism to SmPoMuc. We show that SmPoMuc is coded by a multi-gene family whose members frequently recombine. We show that these genes are transcribed in an individual-specific manner, and that for each gene, multiple splice variants exist. Finally, we reveal the impact of this polymorphism on the SmPoMuc glycosylation status. Our data support the view that S. mansoni has evolved a complex hierarchical system that efficiently generates a high degree of polymorphism—a “controlled chaos”—based on a relatively low number of genes. This contrasts with protozoan parasites that generate antigenic variation from large sets of genes such as Trypanosoma cruzi, Trypanosoma brucei and Plasmodium falciparum. Our data support the view that the interaction between parasites and their invertebrate hosts are far more complex than previously thought. While most studies in this matter have focused on invertebrate host diversification, we clearly show that diversifying mechanisms also exist on the parasite side of the interaction. Our findings shed new light on how and why invertebrate immunity develops

The genome of the sea urchin Strongylocentrotus purpuratus

We report the sequence and analysis of the 814-megabase genome of the sea urchin Strongylocentrotus purpuratus, a model for developmental and systems biology. The sequencing strategy combined whole-genome shotgun and bacterial artificial chromosome (BAC) sequences. This use of BAC clones, aided by a pooling strategy, overcame difficulties associated with high heterozygosity of the genome. The genome encodes about 23,300 genes, including many previously thought to be vertebrate innovations or known only outside the deuterostomes. This echinoderm genome provides an evolutionary outgroup for the chordates and yields insights into the evolution of deuterostomes

Geographical and temporal distribution of SARS-CoV-2 clades in the WHO European Region, January to June 2020

We show the distribution of SARS-CoV-2 genetic clades over time and between countries and outline potential genomic surveillance objectives. We applied three available genomic nomenclature systems for SARS-CoV-2 to all sequence data from the WHO European Region available during the COVID-19 pandemic until 10 July 2020. We highlight the importance of real-time sequencing and data dissemination in a pandemic situation. We provide a comparison of the nomenclatures and lay a foundation for future European genomic surveillance of SARS-CoV-2.Peer reviewe

Caratterizzazione di alcuni siti della rete accelerometrica nazionale al fine di individuare la risposta sismica locale

Le indagini geotecniche finalizzate alla stima della risposta sismica locale si limitano molto spesso ai primi 30 m di profondità, valore che è diventato uno standard per la classificazione delle caratteristiche di un sito. Negli anni ’90 Borcherdt (1994) e Martin e Dobry (1994) suggerirono 30 m come la profondità standard di indagine per la verifica delle strutture. Boore et al. (1993, 1994, 1997) e Boore e Joyner (1997) basarono le regressioni per il calcolo delle leggi predittive del moto del suolo sullo stesso parametro. Nel 1997 negli Stati Uniti il National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP) nella stesura delle norme tecniche per le costruzioni in zona sismica (FEMA, 1997) utilizza per la prima volta il parametro Vs30 come indice per la classificazione dei suoli, con lo scopo di definirne l’amplificazione. Le norme tecniche per le costruzioni in zona sismica della comunità Europea, EC8 (ENV, 1998) ente da dati provenienti dagli Stati Uniti occidentali e, utilizzando dati provenienti dalla stessa regione, Wald & Mori (2000) segnalano che le VS,30 non sono molto ben correlate con l’entità dell’amplificazione, in quanto esiste una forte dispersione dei dati. La figura 1.1 mostra il rapporto tra le amplificazioni, mediate sull’intervallo di frequenza compreso tra 3-5 Hz. raccomandano lo stesso parametro per suddividere i terreni, anche se le classi differiscono in parte dalla classificazione NEHRP. Infine, anche in Italia, le Norme Tecniche per le Costruzioni (Normative Tecniche per le Costruzioni, Gazzetta Ufficiale del 14/01/2008) adottano la stessa suddivisione dei terreni adottata dall’EC8.L’attendibilità della velocità delle onde di taglio nei primi 30 m (VS,30) come estimatore della risposta sismica di un sito, in termini di frequenza e amplificazione, è tuttavia molto discussa.Innanzitutto il parametro è stato ricavato unicamente da dati provenienti dagli Stati Uniti occidentali e, utilizzando dati provenienti dalla stessa regione, Wald & Mori (2000) segnalano che le Vs30 non sono molto ben correlate con l’entità dell’amplificazione, in quanto esiste una forte dispersione dei dati. La figura 1.1 mostra il rapporto tra le amplificazioni, mediate sull’intervallo di frequenza compreso tra 3-5 Hz. I valori risultano effettivamente molto dispersi, ma questo risultato può essere spiegato col fatto che non tutte le classi di sito hanno frequenza di risonanza compreso in questo intervallo di frequenza. Perciò per alcuni siti la media è stata calcolata nell’intorno della frequenza di risonanza (sulle amplificazioni massime), mentre per altri è stata calcolata sulle armoniche superiori, che hanno ampiezze minori. Lavori eseguiti con dati provenienti da altre regioni sottolineano come le Vs30 non siano buoni estimatori per la predizione di amplificazioni in bacini profondi (Park & Hashash, 2004), per la stima delle amplificazioni in altre regioni (Stewart et al., 2003) o in presenza di inversioni di velocità (Di Giacomo et al., 2005). Uno studio recente, eseguito su dati giapponesi (Zhao et al., 2006) si è evitato l’uso della Vs30 perché strati spessi di terreno rigido posti sopra il substrato roccioso amplificano il moto di lungo periodo, mentre gli strati sottili e soffici tendono ad amplificare il moto di corto periodo: ciò significa che la VS,30 non può rappresentare il periodo predominante del sito, dato che si basa solo sugli strati superficiali. Secondo Mucciarelli e Gallipoli (2006) il confronto tra l’amplificazione sismica al sito e la Vs30 mostra che quest’ultimo parametro non è adeguato per spiegare gli effetti di sito osservati in Italia a causa delle situazioni geologiche particolari che sono diffuse nel nostro paese. La figura 1.2 mostra la distribuzione dell’ampiezza rispetto alla classe di sito, in cui si vede che le classi sono mal discriminate e le mediane delle classi A e B (indicate dalla linea nera) sono uguali. È però necessario notare che questo grafico è stato costruito utilizzando le ampiezze ricavate col metodo dei rapporti spettrali H/V, ma in letteratura (Bard, 1999) è dimostrato che tali rapporti spettrali permettono di stimare la frequenza di risonanza, ma falliscono nella stima del valore di amplificazione. In particolare la Vs30 sottostima gli effetti locali ai siti con inversione di velocità e li sovrastima in siti con bacini profondi. La Vs30 sembra fornire dei buoni risultati solo in siti che abbiano un profilo di velocità monotono, crescente con la profondità e un forte contrasto di impedenza nella prima decina di metri. Questo studio si propone di verificare l’attendibilità della velocità delle onde di taglio valutate nei primi 30 m come estimatore della risposta sismica di un sito. Per questo scopo sono state selezionate 45 stazioni della Rete Accelerometrica Nazionale, di cui si conoscono i profili stratigrafici e i profili di velocità delle onde di taglio e di compressione. Inoltre sono state raccolte le registrazioni strong motion relative ai terremoti registrati da queste stazioni. Gli effetti di sito sono stati valutati in due modi: · Le registrazioni sono state utilizzate per calcolare i rapporti spettrali H/V per ricavare la frequenza fondamentale propria di ciascun sito (f0) e il relativo valore di amplificazione; · I profili di velocità delle onde di taglio sono serviti per ricavare il modello teorico monodimensionale per il calcolo della funzione di trasferimento del sito, eseguito per mezzo del modello proposto da Haskell e Thomson (Haskell, 1953, Thomson 1950), da cui ricavare la f0 e l’amplificazione. I valori ottenuti con i due metodi sono stati poi confrontati per verificare la congruenza dei risultati. I profili di velocità hanno permesso di classificare le stazioni utilizzando la velocità media delle onde di taglio nei primi 30 m (Vs30), secondo la normativa italiana. I risultati ottenuti dalla valutazione della risposta di ciascun sito, espressi in termini di frequenza fondamentale e amplificazione, sono stati correlati con la rispettiva classe di sito per verificare l’attendibilità del parametro delle Vs30 come estimatore degli effetti di sito