Abstract Selectivity of natural agonists for their cognate receptors is one of the hallmarks of the members of GPCR family, and it is crucial for the specificity of downstream signal-transduction. However, this selectivity often breaks down in the chemokine receptor subfamily, wherein a high degree of promiscuity is observed with one receptor recognizing multiple chemokines and one chemokine binding to multiple receptors. The molecular determinants of such a striking promiscuity for natural ligands in the chemokine-chemokine receptor system remain mostly elusive and represent an important knowledge gap in our current understanding. Here, we carry out a comprehensive transducer-coupling analysis, testing all known C-X-C chemokines on every C-X-C type chemokine receptor, to generate a global fingerprint of the selectivity and promiscuity encoded within this system. Taking lead from our finding, we determined cryo-EM structures of the most promiscuous receptor, CXCR2, in complex with every interacting chemokine, and deciphered the conserved molecular signatures and distinct binding modalities. While most chemokines position themselves on the receptor as a dimer, CXCL6 exhibits a monomeric binding pose induced by a previously unanticipated reorientation of its carboxyl-terminal α-helix, leading to disruption of the dimer interface. Surprisingly, one of the chemokines, CXCL5, induces a ligand-swapped dimer of CXCR2, the first of its kind observed in class A GPCRs, wherein each protomer of the ligand engages its own receptor without any discernible receptor-receptor interface. These unique observations provide a possible structural mechanism for inherent functional specialization encoded in chemokines despite their convergence to a common receptor. Furthermore, we also determined cryo-EM structures of CXCR3 in complex with G-protein-biased and β-arrestin-biased small molecule agonists that elucidate distinct allosteric modulations in the receptor driving their divergent transducer-coupling bias. Guided by structural analysis and experimental validation, we discover that in contrast to previously held notion, small molecule agonists of CXCR3 display robust agonism at CXCR7, an intrinsically biased, β-arrestin-coupled receptor, making them first-in-class dual agonists for chemokine receptors with exclusive βarr-bias at CXCR7. Taken together, our study provides molecular insights into ligand promiscuity and signaling bias at the chemokine receptors, and also demonstrates a proof of principle that naturally encoded structural mimicry can be recapitulated using synthetic pharmacophores with potential implications for developing novel therapeutics.

Abstract The Hydroxycarboxylic acid receptor 2 (HCA2), also known as the niacin receptor or GPR109A, is a prototypical G protein-coupled receptor that plays a central role in the inhibition of lipolytic and atherogenic activities in our body. Interestingly, GPR109A activation also results in vasodilation that is linked to the side-effect of flushing associated with dyslipidemia drugs such as niacin. This receptor continues to be a key target for developing novel pharmacophores and lead compounds as potential therapeutics in dyslipidemia with minimized flushing response, however, the lack of structural insights into agonist-binding and receptor activation has limited the efforts. Here, we present five different cryo-EM structures of the GPR109A-G-protein complexes with the receptor bound to dyslipidemia drugs, niacin or acipimox, non-flushing agonists, MK6892 or GSK256073, and recently approved psoriasis drug, monomethyl fumarate (MMF). These structures allow us to visualize the binding mechanism of agonists with a conserved molecular interaction network, and elucidate the previously lacking molecular basis of receptor activation and transducer-coupling. Importantly, cellular pharmacology experiments, guided by the structural framework determined here, elucidate pathway-selective biased signaling elicited by the non-flushing agonists. Finally, taking lead from the structural insights, we successfully engineered receptor mutants via single amino acid substitutions that either fail to elicit agonist-induced transducer-coupling or exhibits G-protein signaling bias. Taken together, our study provides previously lacking structural framework to understand the agonist-binding and activation of GPR109A, and opens up the possibilities of structure-guided novel drug discovery targeting this therapeutically important receptor.

1. Abstract Waprin, an extracellular secretory protein, is widely known for its antibacterial activity. Through the analysis of sex-specific transcriptomes of adult Tribolium castaneum , we identified a homologue of snake waprin ( Tc_Wap F ) with significantly higher level of its transcripts in females. Developmental- and tissue-specific profiling revealed the widespread expression of Tc_Wap F in adult female tissues. Interestingly, Tc_Wap F expression is not regulated by the classical sex-determination cascade of T. castaneum , as we fail to get any attenuation in Tc_Wap F transcript levels in Tcdsx and Tctra (key players of sex determination cascade of T. castaneum ) knockdown females. The eggs laid by Tc_Wap F knockdown females never hatched, indicating the involvement of Tc_Wap F in the embryonic development in T. castaneum . This is the first report of identification a sex-specific waprin homologue in an insect and its involvement as a novel candidate in the embryonic development. Future investigations on the functional conservation of insect waprins and their mechanistic role in embryonic development can be exploited for improving pest management strategies. Summary statement Tribolium castaneum possesses a female-specific homologue of snake Waprin (Tc_Wap F ) which is essential for its embryonic development. Expression of Tc_Wap F is independent of Tribolium sex-determination cascade.

Abstract Anthocyanin biosynthesis in plants is complex, especially in a polyploid monocot wheat plant. Using whole-genome sequencing, transcriptomics, and LC-MS/MS, we investigated anthocyanin production in pigmented (black, blue, and purple) wheat seeds. According to differential gene expression profiling, 2AS-MYC, 7DL-MYB, WD40 regulatory genes controls purple pericarp coloration, 4DL-MYC, 2AS-MYC, 7DL-MYB, WD40 controls blue aleurone coloration, and 4DL-MYC, 7DL-MYB, WD40 controls black aleurone colour. We believe that at least one MYC and MYB isoform is sufficient to regulate the anthocyanin synthesis in pericarp or aleurone. Based upon the reduced expressions of the genes belonging to the 4D, SSR molecular marker mapping, variant calling using genome sequencing and IGV browser gene structure visualization, it was inferred that the advanced black and blue wheat lines were substitution lines (4E{4D}), with very small recombinations. Pericarp anthocyanin profiling is controlled by a mutation in chromosome 2AS of purple wheat, and environmental variations more influence pigmented pericarp trait. The expression patterns of anthocyanin structural and other genes varied in different colored wheat, corroborating differences in agronomical metrics.

Ascorbic acid functionalized Bio-MOF-1 selectively captures and detects Cr( vi ). The presence of Cr( vi ) induces a fluorescence recovery and this method can detect Cr( vi ) of up to 0.01 ng mL −1 .