ABSTRACT The infectious disease human monkeypox is spreading rapidly in 2022 causing a global health crisis. The genomics of the monkeypox virus (MPXV) have been extensively analyzed and reported, although little is known about the virus-encoded proteome. In particular, there is almost no structure information about MPXV proteins, other than computational models. Here we report a 1.52 Å x-ray structure of the MPXV protein A42R, the only MPXV-encoded protein with a known structure. This protein shows sequence similarity to profilins, which are cellular proteins known to function in regulation of actin cytoskeletal assembly. However, structural comparison of the A42R with known members of the profilin family reveals critical differences that support prior biochemical findings that this protein only weakly binds actin and does not bind poly(L-proline). In addition, the analysis suggests that this protein may have distinct interactions with phosphatidylinositol lipids. Overall, our data suggest that the role of A42R in replication of orthopoxviruses may not be easily determined by comparison to cellular profilins. Further, our findings support a need for increased efforts to determine high-resolution structures of other MPXV proteins to inform physiological studies of the poxvirus infection cycle and to reveal potential new strategies to combat human monkeypox should the infection become more common in the future.

Abstract There are currently no antiviral therapies specific against SARS-CoV-2, the virus responsible for the global pandemic disease COVID-19. To facilitate structure-based drug design, we conducted an X-ray crystallographic study of the nsp16/nsp10 2′- O -methyltransferase complex that methylates Cap-0 viral mRNAs to improve viral protein translation and to avoid host immune detection. Heterodimer structures are determined with the methyl donor S -adenosylmethionine (SAM), the reaction product S -adenosylhomocysteine (SAH) or the SAH analog sinefungin (SFG). Furthermore, structures of nsp16/nsp10 with the methylated Cap-0 analog (m 7 GpppA) and SAM or SAH bound were obtained. Comparative analysis revealed flexible loops in open and closed conformations at the m 7 GpppA binding pocket. Bound sulfates in several structures suggested the location of the phosphates in the ribonucleotide binding groove. Additional nucleotide binding sites were found on the face of the protein opposite the active site. These various sites and the conserved dimer interface could be exploited for development of antiviral inhibitors.

ABSTRACT The genome of the SARS-CoV-2 coronavirus contains 29 proteins, of which 15 are nonstructural. Nsp10 and Nsp16 form a complex responsible for the capping of mRNA at the 5′ terminus. In the methylation reaction the S-adenosyl-L-methionine serves as the donor of the methyl group that is transferred to Cap-0 at the first transcribed nucleotide to create Cap-1. The presence of Cap-1 makes viral RNAs mimic the host transcripts and prevents their degradation. To investigate the 2′-O methyltransferase activity of SARS-CoV-2 Nsp10/16, we applied fixed-target serial synchrotron crystallography (SSX) which allows for physiological temperature data collection from thousands of crystals, significantly reducing the x-ray dose while maintaining a biologically relevant temperature. We determined crystal structures of Nsp10/16 that revealed the states before and after the methylation reaction, for the first time illustrating coronavirus Nsp10/16 complexes with the m7 GpppA m2′-O Cap-1, where 2′OH of ribose is methylated. We compare these structures with structures of Nsp10/16 at 297 K and 100 K collected from a single crystal. This data provide important mechanistic insight and can be used to design small molecules that inhibit viral RNA maturation making SARS-CoV-2 sensitive to host innate response.

Abstract Capping viral messenger RNAs is essential for efficient translation and prevents their detection by host innate immune responses. For SARS-CoV-2, RNA capping includes 2′- O -methylation of the first ribonucleotide by methyltransferase nsp16 in complex with activator nsp10. The reaction requires substrates, a short RNA and SAM, and is catalyzed by divalent cations, with preference for Mn 2+ . Crystal structures of nsp16-nsp10 with capped RNAs revealed a critical role of metal ions in stabilizing interactions between ribonucleotides and nsp16, resulting in precise alignment of the substrates for methyl transfer. An aspartate residue that is highly conserved among coronaviruses alters the backbone conformation of the capped RNA in the binding groove. This aspartate is absent in mammalian methyltransferases and is a promising site for designing coronavirus-specific inhibitors.

Biofilm formation and surface attachment in multiple Alphaproteobacteria is driven by unipolar polysaccharide (UPP) adhesins. The pathogen Agrobacterium tumefaciens produces a UPP adhesin, which is regulated by the intracellular second messenger cyclic diguanylate monophosphate (c-di-GMP). Prior studies revealed that DcpA, a diguanylate cyclase-phosphodiesterase, is crucial in control of UPP production and surface attachment. DcpA is regulated by PruR, a protein with distant similarity to enzymatic domains known to coordinate the molybdopterin cofactor (MoCo). Pterins are bicyclic nitrogen-rich compounds, several of which are produced via a nonessential branch of the folate biosynthesis pathway, distinct from MoCo. The pterin-binding protein PruR controls DcpA activity, fostering c-di-GMP breakdown and dampening its synthesis. Pterins are excreted, and we report here that PruR associates with these metabolites in the periplasm, promoting interaction with the DcpA periplasmic domain. The pteridine reductase PruA, which reduces specific dihydro-pterin molecules to their tetrahydro forms, imparts control over DcpA activity through PruR. Tetrahydromonapterin preferentially associates with PruR relative to other related pterins, and the PruR-DcpA interaction is decreased in a pruA mutant. PruR and DcpA are encoded in an operon with wide conservation among diverse Proteobacteria including mammalian pathogens. Crystal structures reveal that PruR and several orthologs adopt a conserved fold, with a pterin-specific binding cleft that coordinates the bicyclic pterin ring. These findings define a pterin-responsive regulatory mechanism that controls biofilm formation and related c-di-GMP-dependent phenotypes in A. tumefaciens and potentially acts more widely in multiple proteobacterial lineages.

ABSTRACT Resistance to antipseudomonal penicillins and cephalosporins is often driven by the overproduction of the intrinsic β-lactamase AmpC. However, OXA-10-family β-lactamases are a rich source of resistance in Pseudomonas aeruginosa . OXA β-lactamases have a propensity for mutation leading to extended spectrum cephalosporinase and carbapenemase activity. In this study, we identified isolates from a subclade of the multidrug-resistant (MDR) high risk clonal complex CC446 with resistance to ceftazidime. Genomic analysis revealed that these isolates harbored a plasmid containing a novel allele of bla OXA-10 , named bla OXA-935 , which was predicted to produce an OXA-10 variant with two amino acid substitutions: an aspartic acid instead of glycine at position 157 and a serine instead of phenylalanine at position 153. The G157D mutation, present in OXA-14, is associated with resistance to ceftazidime. Deletion of bla OXA-935 restored sensitivity to ceftazidime and susceptibility profiling of P. aeruginosa laboratory strains expressing bla OXA-935 revealed that OXA-935 conferred ceftazidime resistance. To better understand the impact of the variant amino acids, we determined the crystal structures of OXA-14 and OXA-935. In OXA-14, one of two monomers contained the canonical carbamylated lysine-70 (K70). In contrast, both monomers of OXA-935 were decarbamylated at K70, and the F153S mutation conferred increased flexibility to the omega (Ω) loop. Compared to OXA-14, the catalytic efficiency of OXA-935 for nitrocefin was significantly reduced. Amino acid changes that confer extended spectrum cephalosporinase activity to OXA-10-family β-lactamases are concerning given rising reliance on novel β-lactam/β-lactamase inhibitor combinations such as ceftolozane-tazobactam and ceftazidime-avibactam to treat MDR P. aeruginosa infections.

SARS-CoV-2 is a member of the coronaviridae family and is the etiological agent of the respiratory Coronavirus Disease 2019. The virus has spread rapidly around the world resulting in over two million cases and nearly 150,000 deaths as of April 17, 2020. Since no treatments or vaccines are available to treat COVID-19 and SARS-CoV-2, respiratory complications derived from the infections have overwhelmed healthcare systems around the world. This virus is related to SARS-CoV-1, the virus that caused the 2002-2004 outbreak of Severe Acute Respiratory Syndrome. In January 2020, the Center for Structural Genomics of Infectious Diseases implemented a structural genomics pipeline to solve the structures of proteins essential for coronavirus replication-transcription. Here we show the first structure of the SARS-CoV-2 nsp10-nsp16 2′-O-methyltransferase complex with S-adenosylmethionine at a resolution of 1.8 Å. This heterodimer complex is essential for capping viral mRNA transcripts for efficient translation and to evade immune surveillance.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

ABSTRACT Coronavirus non-structural protein 3 (nsp3) forms hexameric crowns of pores in the double membrane vacuole that houses the replication-transcription complex. Nsp3 in SARS-like viruses has three unique domains absent in other coronavirus nsp3 proteins. Two of these, SUD-N (Macrodomain 2) and SUD-M (Macrodomain 3), form two lobes connected by a peptide linker and an interdomain disulfide bridge. We resolve the first complete x-ray structure of SARS-CoV SUD-N/M as well as a mutant variant of SARS-CoV-2 SUD-N/M modified to restore cysteines for interdomain disulfide bond naturally lost by evolution. Comparative analysis of all structures revealed SUD-N and SUD-M are not rigidly associated, but rather, have significant rotational flexibility. Phylogenetic analysis supports that the disulfide bond cysteines are also absent in pangolin-SARS and closely related viruses, consistent with pangolins being the presumed intermediate host in the emergence of SARS-CoV-2. The absence of these cysteines does not impact viral replication or protein translation.

Biofilm formation and surface attachment in multiple Alphaproteobacteria is driven by unipolar polysaccharide (UPP) adhesins. The pathogen Agrobacterium tumefaciens produces a UPP adhesin, which is regulated by the intracellular second messenger cyclic diguanylate monophosphate (cdGMP). Prior studies revealed that DcpA, a diguanylate cyclase-phosphodiesterase (DGC-PDE), is crucial in control of UPP production and surface attachment. DcpA is regulated by PruR, a protein with distant similarity to enzymatic domains known to coordinate the molybdopterin cofactor (MoCo). Pterins are bicyclic nitrogen-rich compounds, several of which are formed via a non-essential branch of the folate biosynthesis pathway, distinct from MoCo. The pterin-binding protein PruR controls DcpA activity, fostering cdGMP breakdown and dampening its synthesis. Pterins are excreted and we report here that PruR associates with these metabolites in the periplasm, promoting interaction with the DcpA periplasmic domain. The pteridine reductase PruA, which reduces specific dihydro-pterin molecules to their tetrahydro forms, imparts control over DcpA activity through PruR. Tetrahydromonapterin preferentially associates with PruR relative to other related pterins, and the PruR-DcpA interaction is decreased in a pruA mutant. PruR and DcpA are encoded in an operon that is conserved amongst multiple Proteobacteria including mammalian pathogens. Crystal structures reveal that PruR and several orthologs adopt a conserved fold, with a pterin-specific binding cleft that coordinates the bicyclic pterin ring. These findings define a new pterin-responsive regulatory mechanism that controls biofilm formation and related cdGMP-dependent phenotypes in A. tumefaciens and is found in multiple additional bacterial pathogens.