A novel severe acute respiratory syndrome (SARS)-like coronavirus (SARS-CoV-2) recently emerged and is rapidly spreading in humans, causing COVID-191,2. A key to tackling this pandemic is to understand the receptor recognition mechanism of the virus, which regulates its infectivity, pathogenesis and host range. SARS-CoV-2 and SARS-CoV recognize the same receptor—angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2)—in humans3,4. Here we determined the crystal structure of the receptor-binding domain (RBD) of the spike protein of SARS-CoV-2 (engineered to facilitate crystallization) in complex with ACE2. In comparison with the SARS-CoV RBD, an ACE2-binding ridge in SARS-CoV-2 RBD has a more compact conformation; moreover, several residue changes in the SARS-CoV-2 RBD stabilize two virus-binding hotspots at the RBD–ACE2 interface. These structural features of SARS-CoV-2 RBD increase its ACE2-binding affinity. Additionally, we show that RaTG13, a bat coronavirus that is closely related to SARS-CoV-2, also uses human ACE2 as its receptor. The differences among SARS-CoV-2, SARS-CoV and RaTG13 in ACE2 recognition shed light on the potential animal-to-human transmission of SARS-CoV-2. This study provides guidance for intervention strategies that target receptor recognition by SARS-CoV-2. The crystal structure of the receptor-binding domain of the SARS-CoV-2 spike in complex with human ACE2, compared with the receptor-binding domain of SARS-CoV, sheds light on the structural features that increase its binding affinity to ACE2.

Abstract Combating the COVID-19 pandemic requires potent and low-cost therapeutics. We identified a novel series of single-domain antibodies (i.e., nanobody), Nanosota-1, from a camelid nanobody phage display library. Structural data showed that Nanosota-1 bound to the oft-hidden receptor-binding domain (RBD) of SARS-CoV-2 spike protein, blocking out viral receptor ACE2. The lead drug possessing an Fc tag ( Nanosota-1C-Fc ) bound to SARS-CoV-2 RBD with a K d of 15.7picomolar (∼3000 times more tightly than ACE2 did) and inhibited SARS-CoV-2 infection with an ND 50 of 0.16microgram/milliliter (∼6000 times more potently than ACE2 did). Administered at a single dose, Nanosota-1C-Fc demonstrated preventive and therapeutic efficacy in hamsters subjected to SARS-CoV-2 infection. Unlike conventional antibody drugs, Nanosota-1C-Fc was produced at high yields in bacteria and had exceptional thermostability. Pharmacokinetic analysis of Nanosota-1C-F c documented a greater than 10-day in vivo half-life efficacy and high tissue bioavailability. Nanosota-1C-Fc is a potentially effective and realistic solution to the COVID-19 pandemic. Impact statement Potent and low-cost Nanosota-1 drugs block SARS-CoV-2 infections both in vitro and in vivo and act both preventively and therapeutically.

High-fidelity replication of the large RNA genome of coronaviruses (CoVs) is mediated by a 3'-to-5' exoribonuclease (ExoN) in non-structural protein 14 (nsp14), which excises nucleotides including antiviral drugs mis-incorporated by the low-fidelity viral RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) and has also been implicated in viral RNA recombination and resistance to innate immunity. Here we determined a 1.6-Å resolution crystal structure of SARS-CoV-2 ExoN in complex with its essential co-factor, nsp10. The structure shows a highly basic and concave surface flanking the active site, comprising several Lys residues of nsp14 and the N-terminal amino group of nsp10. Modeling suggests that this basic patch binds to the template strand of double-stranded RNA substrates to position the 3' end of the nascent strand in the ExoN active site, which is corroborated by mutational and computational analyses. Molecular dynamics simulations further show remarkable flexibility of multi-domain nsp14 and suggest that nsp10 stabilizes ExoN for substrate RNA-binding to support its exoribonuclease activity. Our high-resolution structure of the SARS-CoV-2 ExoN-nsp10 complex serves as a platform for future development of anti-coronaviral drugs or strategies to attenuate the viral virulence.

Abstract Viruses use a plethora of mechanisms to evade immune responses. A new example is neutralization of the nuclear DNA cytosine deaminase APOBEC3B by the Epstein-Barr virus (EBV) ribonucleotide reductase subunit BORF2. Cryo-EM studies of APOBEC3B-BORF2 complexes reveal a large >1000 Å 2 binding surface comprised of multiple structural elements from each protein, which effectively blocks the APOBEC3B active site from accessing single-stranded DNA substrates. Evolutionary optimization is suggested by unique insertions in BORF2 absent from other ribonucleotide reductases and preferential binding to APOBEC3B relative to the highly related APOBEC3A and APOBEC3G enzymes. An atomic understanding of this novel pathogen-host interaction may contribute to the development of drugs that block the interaction and liberate the natural antiviral activity of APOBEC3B. One-Sentence Summary These studies show how a conserved viral nucleotide metabolism protein is repurposed to inhibit a potent antiviral factor.

Summary Paragraph MYCN amplification is the most frequent genetic driver in high-risk neuroblastoma (NB) and strongly associated with poor prognosis. 1,2 The N-Myc transcription factor, which is encoded by MYCN , is a mechanistically validated, yet challenging target for NB therapy development. 3,4 In normal neuronal progenitors, N-Myc undergoes rapid degradation, while in MYCN -amplified NB cells, Aurora kinase A (Aurora-A) binds to and stabilizes N-Myc, resulting in elevated protein levels. 5,6 Allosteric Aurora-A inhibitors that displace N-Myc from binding can promote N-Myc degradation, but with limited efficacy. 7–10 Here, we report a chemical approach to decrease N-Myc levels through the targeted protein degradation of Aurora-A. A first-in-class Aurora-A/N-Myc degrader, HLB-0532259 (compound 4 ), was developed from a novel Aurora-A-binding ligand that engages the Aurora-A/N-Myc complex. HLB-0532259 promotes the degradation of both Aurora-A and N-Myc with nanomolar potency and excellent selectivity and surpasses the cellular efficacy of established allosteric Aurora-A inhibitors. HLB-0532259 exhibits favorable pharmacokinetics properties and elicits tumor reduction in murine xenograft NB models. More broadly, this study delineates a novel strategy for targeting “undruggable” proteins that are reliant on accessory proteins for cellular stabilization.

Abstract Retrovirus immature particle morphology consists of a membrane enclosed, pleomorphic, spherical and incomplete lattice of Gag hexamers. Previously, we demonstrated that human immunodeficiency virus type 2 (HIV-2) immature particles possess a distinct and extensive Gag lattice morphology. To better understand the nature of the continuously curved hexagonal Gag lattice, we have used single particle cryo-electron microscopy with a retrovirus to determine the HIV-2 Gag lattice structure for immature virions. The reconstruction map at 5.5 Å resolution revealed a stable, wineglass-shaped Gag hexamer structure with structural features consistent with other lentiviral immature Gag structures. Cryo-electron tomography provided evidence for nearly complete ordered Gag lattice structures in HIV-2 immature particles. We also solved a 1.98 Å resolution crystal structure of the carboxyl-terminal domain (CTD) of the HIV-2 capsid (CA) protein that identified a structured helix 12 supported via an interaction of helix 10 in the absence of the SP1 region of Gag. Residues at the helix 10-12 interface proved critical in maintaining HIV-2 particle release and infectivity. Taken together, our findings provide the first 3D organization of HIV-2 immature Gag lattice and important insights into both HIV Gag lattice stabilization and virus maturation.

Evaporation has been one of the most classic desalination processes on the Earth. When we try to use the power of water flow itself, the evaporation process can perform even better. Here, we report a hydrodynamic solar-driven interfacial evaporation process which water evaporation rate can achieve 6.58 kg·m

Abstract Replication initiator proteins (Reps) from the HUH-endonuclease superfamily process specific single-stranded DNA (ssDNA) sequences to initiate rolling circle/hairpin replication in viruses, such as crop ravaging geminiviruses and human disease causing parvoviruses. In biotechnology contexts, Reps are the basis for HUH-tag bioconjugation and a critical adeno-associated virus genome integration tool. We solved the first co-crystal structures of Reps complexed to ssDNA, revealing a key motif for conferring sequence specificity and for anchoring a bent DNA architecture. In combination, we developed a deep sequencing cleavage assay, termed HUH-seq, to interrogate subtleties in Rep specificity and demonstrate how differences can be exploited for multiplexed HUH-tagging. Together, our insights allowed engineering of only four amino acids in a Rep chimera to predictably alter sequence specificity. These results have important implications for modulating viral infections, developing Rep-based genomic integration tools, and enabling massively parallel HUH-tag barcoding and bioconjugation applications.

Abstract Integration of retroviral DNA into the host genome involves formation of integrase (IN)-DNA complexes termed intasomes. Here, we report the single-particle cryo-EM structure of the Rous sarcoma virus (RSV) strand transfer complex (STC) intasome produced with IN and a preassembled viral/target DNA substrate. The STC structure had an overall resolution of 3.36 Å and 3 Å in the conserved intasome core (CIC) region. Our structure demonstrated the flexibility of the distal IN subunits relative to the IN subunits in the CIC, similar to previously shown with the RSV octameric cleaved synaptic complex (CSC) intasome produced with IN and viral DNA only. An extensive analysis of higher-resolution STC structure helped in identification of nucleoprotein interactions important for intasome assembly. Using structure-function studies, we determined the mechanisms of several IN-DNA interactions critical for assembly of both RSV intasomes. We determined the role of IN residues R244, Y246 and S124 in CSC and STC intasome assemblies and their catalytic activities, demonstrating differential effects. Taken together, these studies advance our understanding of different RSV intasome structures and molecular determinants involved in their assembly.

Human APOBEC3H and homologous single-stranded DNA cytosine deaminases are unique to mammals. These DNA editing enzymes function in innate immunity by restricting the replication of viruses and transposons. Misregulated APOBEC3H also contributes to cancer mutagenesis. Here we address the role of RNA in APOBEC3H regulation. APOBEC3H co-purifies with RNA as an inactive protein, and RNase A treatment yields enzyme preparations with stronger DNA deaminase activity. RNA binding-defective mutants are DNA hypermutators. Chromatography profiles and crystallographic data demonstrate a mechanism in which double-stranded RNA mediates enzyme dimerization. RNA binding is required for APOBEC3H cytoplasmic localization and for packaging into HIV-1 particles and antiviral activity. Related DNA deaminases including other APOBEC3 family members and the antibody gene diversification enzyme AID also bind RNA and are predicted to have a similar RNA binding motif suggesting mechanistic conservation and relevance to innate and adaptive immunity and to multiple diseases.