The pandemic of coronavirus disease 2019 (COVID-19), caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has become a global crisis. Replication of SARS-CoV-2 requires the viral RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) enzyme, a target of the antiviral drug remdesivir. Here we report the cryo-electron microscopy structure of the SARS-CoV-2 RdRp, both in the apo form at 2.8-angstrom resolution and in complex with a 50-base template-primer RNA and remdesivir at 2.5-angstrom resolution. The complex structure reveals that the partial double-stranded RNA template is inserted into the central channel of the RdRp, where remdesivir is covalently incorporated into the primer strand at the first replicated base pair, and terminates chain elongation. Our structures provide insights into the mechanism of viral RNA replication and a rational template for drug design to combat the viral infection.

The asymmetric phospholipid outer membrane (OM) of Gram-negative bacteria serves as the first line of defense against cytotoxic substances such as antibiotics. The Mla pathway is known to maintain the lipid asymmetry of the OM by transporting phospholipids between the inner and outer membranes. Six Mla proteins MlaFEDBCA are involved, with the ABC transporter MlaFEDB acts through a mechanism yet to be elucidated. Here we determine cryo-EM structures of MlaFEDB in apo, phospholipid-, ADP- or AMP-PNP-bound state to 3.3-3.75 Å resolution and establish a proteoliposome-based transport system containing MlaFEDB, MlaC and MlaA/OmpF to reveal the transport direction of phospholipids. Mutagenetic in vitro transport assays and in vivo sensitivity assays reveal functional residues which recognize and transport phospholipids as well as regulate the activity and structural stability of the MlaFEDB complex. Our work provides molecular basis for understanding the mechanism of the Mla pathway which could be targeted for antimicrobial drug development.

Abstract TACAN is an ion channel involved in sensing mechanical pain. It has recently been shown to represent a novel and evolutionarily conserved class of mechanosensitive channels. Here, we present the cryoelectron microscopic structure of human TACAN (hTACAN). hTACAN forms a dimer in which each protomer consists of a transmembrane globular domain (TMD) that is formed of six helices and an intracellular domain (ICD) that is formed of two helices. Molecular dynamic simulations suggest that a putative ion conduction pathway is located inside each protomer. Single point mutation of the key residue Met207 significantly increased the surface tension activated currents. Moreover, cholesterols were identified at the flank of each subunit. Our data show the molecular assembly of hTACAN and suggest that the wild type hTACAN is in a closed state, providing a basis for further understanding the activation mechanism of the hTACAN channel.

The multi-enzyme pyruvate dehydrogenase complex (PDC) links glycolysis to the citric acid cycle by converting pyruvate into acetyl-coenzyme A and is essential for cellular energy metabolism. Although individual components have been characterized, the structure of intact PDC remains unclear, hampering our understanding of its composition and multi-step catalytic reactions. Here, we report the in-situ architecture of intact PDC within mammalian mitochondria by cryo-electron tomography. The organization of peripheral E1 and E3 multimers varies substantially among PDCs. We discovered 1-46 E1 heterotetramers surrounding each PDC core, and up to 12 E3 dimers locating primarily along the pentagonal openings. Furthermore, we observed dynamic interactions of the substrate translocating lipoyl domains (LDs) with both E1 and E2, implicating the mechanism of substrate channeling. Our findings reveal the intrinsic dynamics of PDC peripheral compositions, suggesting an additional model in which the number of assembled E1 heterotetramer, E3 dimer, and functional LDs of PDC may be regulated to further control its catalytic activity.

Antimicrobial resistance is an ongoing “one health” challenge of global concern. The acyl-ACP synthetase (termed AasS) of the zoonotic pathogen Vibrio harveyi recycles exogenous fatty acid (eFA), bypassing the requirement of type II fatty acid synthesis (FAS II), a druggable pathway. A growing body of bacterial AasS-type isoenzymes compromises the clinical efficacy of FAS II-directed antimicrobials, like cerulenin. Very recently, an acyl adenylate mimic, C10-AMS, was proposed as a lead compound against AasS activity. However, the underlying mechanism remains poorly understood. Here we present two high-resolution cryo-EM structures of AasS liganded with C10-AMS inhibitor (2.33 Å) and C10-AMP intermediate (2.19 Å) in addition to its apo form (2.53 Å). Apart from our measurements for C10-AMS’ Ki value of around 0.6 μM, structural and functional analyses explained how this inhibitor interacts with AasS enzyme. Unlike an open state of AasS, ready for C10-AMP formation, a closed conformation is trapped by the C10-AMS inhibitor. Tight binding of C10-AMS blocks fatty acyl substrate entry, and therefore inhibits AasS action. Additionally, this intermediate analog C10-AMS appears to be a mixed-type AasS inhibitor. In summary, our results provide the proof of principle that inhibiting salvage of eFA by AasS reverses the FAS II bypass. This facilitates the development of next-generation anti-bacterial therapeutics, esp. the dual therapy consisting of C10-AMS scaffold derivatives combined with certain FAS II inhibitors.

The pandemic of Corona Virus Disease 2019 (COVID-19) caused by SARS-CoV-2 has become a global crisis. The replication of SARS-CoV-2 requires the viral RNA-dependent RNA polymerase (RdRp), a direct target of the antiviral drug, Remdesivir. Here we report the structure of the SARS-CoV-2 RdRp either in the apo form or in complex with a 50-base template-primer RNA and Remdesivir at a resolution range of 2.5-2.8 Å. The complex structure reveals that the partial double-stranded RNA template is inserted into the central channel of the RdRp where Remdesivir is incorporated into the first replicated base pair and terminates the chain elongation. Our structures provide critical insights into the working mechanism of viral RNA replication and a rational template for drug design to combat the viral infection.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Summary Calcium hemostasis modulator 1 (CALHM1) is a voltage- and Ca 2+ -gated ATP channel that plays an important role in neuronal signaling. The currently reported CALHM structures are all in an ATP-conducting state, and the gating mechanism of ATP permeation remains elusive. Here, we report three cryo-EM reconstructions of Danio rerio heptameric CALHM1s with ordered or flexible long C-terminal helices as well as Danio rerio octameric CALHM1 with flexible long C-terminal helices at resolutions of 3.2 Å, 2.9 Å, and 3.5 Å. Structural analysis revealed that the heptameric CALHM1s are in an ATP nonconducting state in which the pore diameter in the middle is approximately 6.6 Å. Compared with those inside the octameric CALHM1s, the N- helices inside heptameric CALHM1s are in the “down” position to avoid steric clash with neighboring TM1 helices. Molecular dynamic simulation shows that the pore size is significantly increased for ATP molecule permeation during the movement of the N- helix from the “down” position to the “up” position. Therefore, we proposed a mechanism in which the “piston-like” motion of the N-helix drives the dynamic assembly of the CALHM1 channel for ATP molecule permeation. Our results provide insights into the ATP permeation mechanism of the CALHM1 channel.