Several members of the chemokine receptor family have been shown to function in association with CD4 to permit HIV-1 entry and infection. However, the mechanism by which these molecules serve as CD4-associated cofactors is unclear. In the present report, we show that one member of this family, termed Fusin/CXCR4, is able to function as an alternative receptor for some isolates of HIV-2 in the absence of CD4. This conclusion is supported by the finding that (1) CD4-independent infection by these viruses is inhibited by an anti-Fusin monoclonal antibody, (2) Fusin expression renders human and nonhuman CD4-negative cell lines sensitive to HIV-2-induced syncytium induction and/or infection, and (3) Fusin is selectively down-regulated from the cell surface following HIV-2 infection. The finding that one chemokine receptor can function as a primary viral receptor strongly suggests that the HIV envelope glycoprotein contains a binding site for these proteins and that differences in the affinity and/or the availability of this site can extend the host range of these viruses to include a number of CD4-negative cell types.

The pandemic caused by Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) continues to expand. Papain-like protease (PLpro) is one of two SARS-CoV-2 proteases potentially targetable with antivirals. PLpro is an attractive target because it plays an essential role in cleavage and maturation of viral polyproteins, assembly of the replicase-transcriptase complex, and disruption of host responses. We report a substantive body of structural, biochemical, and virus replication studies that identify several inhibitors of the SARS-CoV-2 enzyme. We determined the high resolution structure of wild-type PLpro, the active site C111S mutant, and their complexes with inhibitors. This collection of structures details inhibitors recognition and interactions providing fundamental molecular and mechanistic insight into PLpro. All compounds inhibit the peptidase activity of PLpro in vitro, some block SARS-CoV-2 replication in cell culture assays. These findings will accelerate structure-based drug design efforts targeting PLpro to identify high-affinity inhibitors of clinical value.

Abstract Severe Acute Respiratory Syndrome coronavirus 2 (SARS‐CoV‐2) is rapidly spreading around the world. There is no existing vaccine or proven drug to prevent infections and stop virus proliferation. Although this virus is similar to human and animal SARS‐CoVs and Middle East Respiratory Syndrome coronavirus (MERS‐CoVs), the detailed information about SARS‐CoV‐2 proteins structures and functions is urgently needed to rapidly develop effective vaccines, antibodies, and antivirals. We applied high‐throughput protein production and structure determination pipeline at the Center for Structural Genomics of Infectious Diseases to produce SARS‐CoV‐2 proteins and structures. Here we report two high‐resolution crystal structures of endoribonuclease Nsp15/NendoU. We compare these structures with previously reported homologs from SARS and MERS coronaviruses.

ABSTRACT The number of new cases world-wide for the COVID-19 disease is increasing dramatically, while efforts to contain Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 is producing varied results in different countries. There are three key SARS-CoV-2 enzymes potentially targetable with antivirals: papain-like protease (PLpro), main protease (Mpro), and RNA-dependent RNA polymerase. Of these, PLpro is an especially attractive target because it plays an essential role in several viral replication processes, including cleavage and maturation of viral polyproteins, assembly of the replicase-transcriptase complex (RTC), and disruption of host viral response machinery to facilitate viral proliferation and replication. Moreover, this enzyme is conserved across different coronaviruses and promising inhibitors have already been discovered for its SARS-CoV variant. Here we report a substantive body of structural, biochemical, and virus replication studies that identify several inhibitors of the enzyme from SARS-CoV-2 in both wild-type and mutant forms. These efforts include the first structures of wild-type PLpro, the active site C111S mutant, and their complexes with inhibitors, determined at 1.60–2.70 Angstroms. This collection of structures provides fundamental molecular and mechanistic insight to PLpro, and critically, illustrates details for inhibitors recognition and interactions. All presented compounds inhibit the peptidase activity of PLpro in vitro , and some molecules block SARS-CoV-2 replication in cell culture assays. These collated findings will accelerate further structure-based drug design efforts targeting PLpro, with the ultimate goal of identifying high-affinity inhibitors of clinical value for SARS-CoV-2.

ABSTRACT Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 is rapidly spreading around the world. There is no existing vaccine or proven drug to prevent infections and stop virus proliferation. Although this virus is similar to human and animal SARS- and MERS-CoVs the detailed information about SARS-CoV-2 proteins structures and functions is urgently needed to rapidly develop effective vaccines, antibodies and antivirals. We applied high-throughput protein production and structure determination pipeline at the Center for Structural Genomics of Infectious Diseases to produce SARS-CoV-2 proteins and structures. Here we report the high-resolution crystal structure of endoribonuclease Nsp15/NendoU from SARS-CoV-2 – a virus causing current world-wide epidemics. We compare this structure with previously reported models of Nsp15 from SARS and MERS coronaviruses.

ABSTRACT Among 15 nonstructural proteins (Nsps), the newly emerging SARS-CoV-2 encodes a large, multidomain Nsp3. One of its units is ADP-ribose phosphatase domain (ADRP, also known as macrodomain) which is believed to interfere with the host immune response. Such a function appears to be linked to the protein’s ability to remove ADP-ribose from ADP-ribosylated proteins and RNA, yet the precise role and molecular targets of the enzyme remains unknown. Here, we have determined five, high resolution (1.07 - 2.01 Å) crystal structures corresponding to the apo form of the protein and complexes with 2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid (MES), AMP and ADPr. We show that the protein undergoes conformational changes to adapt to the ligand in a manner previously observed before for in close homologs from other viruses. We also identify a conserved water molecule that may participate in hydrolysis. This work builds foundations for future structure-based research of the ADRP, including search for potential antiviral therapeutics.

ABSTRACT The Papain-like protease (PLpro) is a domain of a multi-functional, non-structural protein 3 of coronaviruses. PLpro cleaves viral polyproteins and posttranslational conjugates with poly-ubiquitin and protective ISG15, composed of two ubiquitin-like (UBL) domains. Across coronaviruses, PLpro showed divergent selectivity for recognition and cleavage of posttranslational conjugates despite sequence conservation. We show that SARS-CoV-2 PLpro binds human ISG15 and K48-linked di-ubiquitin (K48-Ub 2 ) with nanomolar affinity and detect alternate weaker-binding modes. Crystal structures of untethered PLpro complexes with ISG15 and K48-Ub 2 combined with solution NMR and cross-linking mass spectrometry revealed how the two domains of ISG15 or K48-Ub 2 are differently utilized in interactions with PLpro. Analysis of protein interface energetics predicted differential binding stabilities of the two UBL/Ub domains that were validated experimentally. We emphasize how substrate recognition can be tuned to cleave specifically ISG15 or K48-Ub 2 modifications while retaining capacity to cleave mono-Ub conjugates. These results highlight alternative druggable surfaces that would inhibit PLpro function.

Spermidine/spermine N-acetyltransferases (SSATs) and other types of polyamine acetyltransferases (PAATs) acetylate diamines and/or polyamines. These enzymes are evolutionarily related and belong to the Gcn5-related N-acetyltransferase (GNAT) superfamily, yet we lack a fundamental understanding of their substrate specificity and/or promiscuity toward different compounds. Many of these enzymes are known or are predicted to acetylate polyamines, but in the cell there are other types of compounds that contain moieties derived from polyamines that may be the native substrates for these enzymes. To learn more about the identity of substrates that are acetylated, we selected and screened 17 different GNAT enzymes for activity toward a set of structurally diverse compounds that contained different types of amine moieties (e.g., aminopropyl, aminobutyl, etc.). These compounds included diamines, triamines, and polyamines containing primary amino groups, and they had structural diversity with variation of the chain length and presence or absence of internal amino groups and other functional groups. We found 12 of the 17 enzymes acetylated at least one of the compounds. Some enzymes were selective toward acetylating only one compound while others exhibited substrate promiscuity toward numerous compounds. Our experimental results ultimately allowed us to pinpoint specific substrates that could be further investigated to more fully understand substrate specificity versus promiscuity of GNAT enzymes and the role of acetylated small molecules in cells.

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.