The current emergence of the novel coronavirus pandemic caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) demands the development of new therapeutic strategies to prevent rapid progress of mortalities. The coronavirus spike (S) protein, which facilitates viral attachment, entry and membrane fusion is heavily glycosylated and plays a critical role in the elicitation of the host immune response. The spike protein is comprised of two protein subunits (S1 and S2), which together possess 22 potential N-glycosylation sites. Herein, we report the glycosylation mapping on spike protein subunits S1 and S2 expressed on human cells through high-resolution mass spectrometry. We have characterized the quantitative N-glycosylation profile on spike protein and interestingly, observed unexpected O-glycosylation modifications on the receptor-binding domain of spike protein subunit S1. Even though O-glycosylation has been predicted on the spike protein of SARS-CoV-2, this is the first report of experimental data for both the site of O-glycosylation and identity of the O-glycans attached on the subunit S1. Our data on the N- and O-glycosylation are strengthened by extensive manual interpretation of each glycopeptide spectra in addition to using bioinformatics tools to confirm the complexity of glycosylation in the spike protein. The elucidation of the glycan repertoire on the spike protein provides insights into the viral binding studies and more importantly, propels research toward the development of a suitable vaccine candidate.

The bacterium Pseudomonas aeruginosa causes chronic respiratory infections in cystic fibrosis (CF) patients. Such infections are extremely difficult to control because the bacteria exhibit a biofilm-mode of growth, rendering P. aeruginosa resistant to antibiotics and phagocytic cells. During the course of infection, P. aeruginosa usually undergoes a phenotypic switch to a mucoid colony, which is characterized by the overproduction of the exopolysaccharide alginate. Alginate overproduction has been implicated in protecting P. aeruginosa from the harsh environment present in the CF lung, as well as facilitating its persistence as a biofilm by providing an extracellular matrix that promotes adherence. Because of its association with biofilms in CF patients, it has been assumed that alginate is also the primary exopolysaccharide expressed in biofilms of environmental nonmucoid P. aeruginosa. In this study, we examined the chemical nature of the biofilm matrix produced by wild-type and isogenic alginate biosynthetic mutants of P. aeruginosa. The results clearly indicate that alginate biosynthetic genes are not expressed and that alginate is not required during the formation of nonmucoid biofilms in two P. aeruginosa strains, PAO1 and PA14, that have traditionally been used to study biofilms. Because nonmucoid P. aeruginosa strains are the predominant environmental phenotype and are also involved in the initial colonization in CF patients, these studies have implications in understanding the early events of the infectious process in the CF airway.

Mass spectrometry (MS) of glycoproteins is an emerging field in proteomics, poised to meet the technical demand for elucidation of the structural complexity and functions of the oligosaccharide components of molecules. Considering the divergence of the mass spectrometric methods employed for oligosaccharide analysis in recent publications, it is necessary to establish technical standards and demonstrate capabilities. In the present study of the Human Proteome Organisation (HUPO) Human Disease Glycomics/Proteome Initiative (HGPI), the same samples of transferrin and immunoglobulin-G were analyzed for N-linked oligosaccharides and their relative abundances in 20 laboratories, and the chromatographic and mass spectrometric analysis results were evaluated. In general, matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) time-of-flight MS of permethylated oligosaccharide mixtures carried out in six laboratories yielded good quantitation, and the results can be correlated to those of chromatography of reductive amination derivatives. For underivatized oligosaccharide alditols, graphitized carbon-liquid chromatography (LC)/electrospray ionization (ESI) MS detecting deprotonated molecules in the negative ion mode provided acceptable quantitation. The variance of the results among these three methods was small. Detailed analyses of tryptic glycopeptides employing either nano LC/ESI MS/MS or MALDI MS demonstrated excellent capability to determine site-specific or subclass-specific glycan profiles in these samples. Taking into account the variety of MS technologies and options for distinct protocols used in this study, the results of this multi-institutional study indicate that MS-based analysis appears as the efficient method for identification and quantitation of oligosaccharides in glycomic studies and endorse the power of MS for glycopeptide characterization with high sensitivity in proteomic programs.

Fluorinated, cell-permeable analogs of sialic acid and fucose are processed by monosaccharide salvage pathways to generate sialyl- and fucosyltransferase inhibitors intracellularly. These compounds serve as important new tools to dissect the role of glycan modifications within complex biological systems. Despite the fundamental roles of sialyl- and fucosyltransferases in mammalian physiology, there are few pharmacological tools to manipulate their function in a cellular setting. Although fluorinated analogs of the donor substrates are well-established transition state inhibitors of these enzymes, they are not membrane permeable. By exploiting promiscuous monosaccharide salvage pathways, we show that fluorinated analogs of sialic acid and fucose can be taken up and metabolized to the desired donor substrate–based inhibitors inside the cell. Because of the existence of metabolic feedback loops, they also act to prevent the de novo synthesis of the natural substrates, resulting in a global, family-wide shutdown of sialyl- and/or fucosyltransferases and remodeling of cell-surface glycans. As an example of the functional consequences, the inhibitors substantially reduce expression of the sialylated and fucosylated ligand sialyl Lewis X on myeloid cells, resulting in loss of selectin binding and impaired leukocyte rolling.

N-linked glycoprotein production requires attachment of eukaryotic glycans to eukaryotic proteins. The introduction of four eukaryotic glycosyltransferases and a bacterial oligosaccharyltransferase now allows E. coli to produce and transfer a five-glycan Man3GlcNAc2 eukaryotic core structure to several protein targets. We performed bottom-up engineering of a synthetic pathway in Escherichia coli for the production of eukaryotic trimannosyl chitobiose glycans and the transfer of these glycans to specific asparagine residues in target proteins. The glycan biosynthesis was enabled by four eukaryotic glycosyltransferases, including the yeast uridine diphosphate-N-acetylglucosamine transferases Alg13 and Alg14 and the mannosyltransferases Alg1 and Alg2. By including the bacterial oligosaccharyltransferase PglB from Campylobacter jejuni, we successfully transferred glycans to eukaryotic proteins.

Abstract The high mortality of invasive fungal infections, and the limited number and inefficacy of antifungals necessitate the development of new agents with novel mechanisms and targets. The fungal cell wall is a promising target as it contains polysaccharides absent in humans, however, its molecular structure remains elusive. Here we report the architecture of the cell walls in the pathogenic fungus Aspergillus fumigatus . Solid-state NMR spectroscopy, assisted by dynamic nuclear polarization and glycosyl linkage analysis, reveals that chitin and α-1,3-glucan build a hydrophobic scaffold that is surrounded by a hydrated matrix of diversely linked β-glucans and capped by a dynamic layer of glycoproteins and α-1,3-glucan. The two-domain distribution of α-1,3-glucans signifies the dual functions of this molecule: contributing to cell wall rigidity and fungal virulence. This study provides a high-resolution model of fungal cell walls and serves as the basis for assessing drug response to promote the development of wall-targeted antifungals.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), which causes coronavirus disease (COVID-19) started at the end of 2019 in Wuhan, China has spread rapidly and became a pandemic. Since there is no therapy available that is proven as fully protective against COVID-19, a vaccine to protect against deadly COVID-19 is urgently needed. Nucleocapsid protein (N protein), is one of the most abundant proteins in coronaviruses and is a potential target for both vaccine development and point of care diagnostics. The variable mass of N protein (45 to 60 kDa), suggests the presence of post-translational modifications (PTMs), and it is critical to clearly define these PTMs to gain the structural understanding necessary for further vaccine research. There have been several reports suggesting that the N protein is phosphorylated but lacks glycosylation. Our comprehensive glycomics and glycoproteomics experiments confirm that the N protein is highly O-glycosylated and also contains significant levels of N-glycosylation. We were able to confirm the presence of O-glycans on seven sites with substantial glycan occupancy, in addition to less abundant O-glycans on four sites. We also detected N-glycans on two out of five potential N-glycosylation sites. Moreover, we were able to confirm one phosphorylation site. Recent studies have indicated that the N protein can serve as an important diagnostic marker for coronavirus disease and a major immunogen by priming protective immune responses. Thus, detailed structural characterization of the N protein may provide useful insights for understanding the roles of glycosylation on viral pathogenesis and also in vaccine design and development.

Bacteria can repurpose their own bacteriophage viruses (phage) to kill competing bacteria. Phage-derived elements are frequently strain specific in their killing activity, although there is limited evidence that this specificity drives bacterial population dynamics. Here, we identified intact phage and their derived elements in a metapopulation of wild plant-associated

Abstract Over the last decade multiple broadly neutralizing monoclonal antibodies (bN-mAbs) to the HIV-1 envelope protein, gp120, have been described. Surprisingly many of these recognize epitopes consisting of both amino acid and glycan residues. Moreover, the glycans required for binding of these bN-mAbs are early intermediates in the N-linked glycosylation pathway. This type of glycosylation substantially alters the mass and net charge of HIV envelope (Env) proteins compared to molecules with the same amino acid sequence but possessing mature, complex (sialic acid containing) carbohydrates. Since cell lines suitable for biopharmaceutical production that limit N-linked glycosylation to mannose-5 (Man 5 ) or earlier intermediates are not readily available, the production of vaccine immunogens displaying these glycan dependent epitopes has been challenging. Here we report the development of a stable suspension adapted CHO cell line that limits glycosylation to Man 5 and earlier intermediates. This cell line was created using the CRISPR/Cas9 gene editing system and contains a mutation that inactivates the gene encoding Mannosyl (Alpha-1,3-)-Glycoprotein Beta-1,2-N-Acetylglucosaminyltransferase (MGAT1). Monomeric gp120s produced in the MGAT1 - CHO cell line exhibit improved binding to prototypic glycan dependent bN-mAbs directed to the V1/V2 domain (e.g. PG9) and the V3 stem (e.g. PGT128 and 10–1074) while preserving the structure of the important glycan independent epitopes (e.g. VRC01). The ability of the MGAT1-CHO cell line to limit glycosylation to early intermediates in the N-linked glycosylation pathway, without impairing the doubling time or ability to grow at high cell densities, suggest that it will be a useful substrate for the biopharmaceutical production of HIV-1 vaccine immunogens.

the causative agent of human dental caries, expresses a cell wall attached Serotype