Summary The efficient spread of SARS-CoV-2 resulted in a pandemic that is unique in modern history. Despite early identification of ACE2 as the receptor for viral spike protein, much remains to be understood about the molecular events behind viral dissemination. We evaluated the contribution of C-type lectin receptors (CLR S ) of antigen-presenting cells, widely present in air mucosa and lung tissue. DC-SIGN, L-SIGN, Langerin and MGL bind to diverse glycans of the spike using multiple interaction areas. Using pseudovirus and cells derived from monocytes or T-lymphocytes, we demonstrate that while virus capture by the CLRs examined does not allow direct cell infection, DC/L-SIGN, among these receptors, promote virus transfer to permissive ACE2+ cells. A glycomimetic compound designed against DC-SIGN, enable inhibition of this process. Thus, we described a mechanism potentiating viral capture and spreading of infection. Early involvement of APCs opens new avenues for understanding and treating the imbalanced innate immune response observed in COVID-19 pathogenesis

Abstract The endosomal sorting complex required for transport (ESCRT) is a highly conserved protein machinery that drives a divers set of physiological and pathological membrane remodeling processes. However, the structural basis of ESCRT-III polymers stabilizing, constricting and cleaving negatively curved membranes is yet unknown. Here we present cryo electron microscopy structures of membrane-coated CHMP2A-CHMP3 filaments of two different diameters at 3.3 and 3.6 Å resolution. The structures reveal helical filaments assembled by CHMP2A-CHMP3 heterodimers in the open ESCRT-III conformation, which generates a partially positive charged membrane interaction surface, positions short N-terminal motifs for membrane interaction and the C-terminal VPS4 target sequence towards the tube interior. Inter-filament interactions are electrostatic, which facilitate filament sliding upon VPS4-mediated polymer remodeling. Fluorescence microscopy as well as high speed atomic force microscopy imaging corroborate that CHMP2A-CHMP3 polymers and VPS4 can constrict and cleave narrow membrane tubes, thus acting as a minimal membrane fission machinery.

Abstract Phytoplankton is a minor fraction of the global biomass playing a major role in primary production and climate. Despite improved understanding of phytoplankton diversity and genomics, we lack nanoscale subcellular imaging approaches to understand their physiology and cell biology. Here, we present a complete Focused Ion Beam - Scanning Electron Microscopy (FIB-SEM) workflow (from sample preparation to image processing) to generate nanometric 3D phytoplankton models. Tomograms of entire cells, representatives of six ecologically-successful phytoplankton unicellular eukaryotes, were used for quantitative morphometric analysis. Besides lineage-specific cellular architectures, we observed common features related to cellular energy management: i) conserved cell-volume fractions occupied by the different organelles; ii) consistent plastid-mitochondria interactions, iii) constant volumetric ratios in these energy-producing organelles. We revealed detailed subcellular features related to chromatin organization and to biomineralization. Overall, this approach opens new perspectives to study phytoplankton acclimation responses to abiotic and biotic factors at a relevant biological scale.

Abstract The severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) pandemic has shown that vaccine preparedness is critical to anticipate a fast response to emergent pathogens with high infectivity. To rapidly reach herd immunity, an affordable, easy to store and versatile vaccine platform is thus desirable. We previously designed a non-infectious adenovirus-inspired nanoparticle (ADDomer), and in the present work, we efficiently decorated this original vaccine platform with glycosylated receptor binding domain (RBD) of SARS-CoV-2. Cryo-Electron Microscopy structure revealed that up to 60 copies of this antigenic domain were bound on a single ADDomer particle with the symmetrical arrangements of a dodecahedron. Mouse immunization with the RBD decorated particles showed as early as the first immunization a significant anti-coronavirus humoral response, which was boosted after a second immunization. Neutralization assays with spike pseudo-typed-virus demonstrated the elicitation of strong neutralization titers. Remarkably, the existence of pre-existing immunity against adenoviral-derived particles enhanced the humoral response against SARS-CoV-2. This plug and play vaccine platform revisits the way of using adenovirus to combat emergent pathogens while potentially taking advantage of the adenovirus pre-immunity.

Abstract Electron diffraction allows protein structure determination when only nanosized crystals are available. Nevertheless, multiple elastic (or dynamical) scattering, prominent in electron diffraction, is a concern. Current methods for modeling dynamical scattering by multi-slice or Bloch wave approaches are not suitable for protein crystals because they are not designed to cope with large molecules. Here, we limited dynamical scattering of nanocrystals of insulin, thermolysin, and thaumatin by collecting data from thin crystals. To accurately measure the weak diffraction signal from the few unit cells in the thin crystals, we used a low-noise hybrid-pixel Timepix electron counting detector. The remaining dynamical component was further reduced in refinement using a likelihood-based correction, which we introduced previously for analyzing electron diffraction data of small molecule nanocrystals and adapted here for protein crystals. We show that the procedure notably improved the structural refinement, allowing in one case the location of solvent molecules. It also allowed the refinement of the charge state of bound metal atoms, an important element in protein functions, through B-factor analysis of the metal atoms and their ligands. Our results clearly increase the value of macromolecular electron crystallography as a complementary structural biology technique.

Abstract The SARS-CoV-2 pandemic causes an ongoing global health crisis, which requires efficient and safe vaccination programs. Here, we present synthetic SARS-CoV2 S glycoprotein-coated liposomes that resemble in size and surface structure virus-like particles. Soluble S glycoprotein trimers were stabilized by formaldehyde cross-linking and coated onto lipid vesicles (S-VLP). Immunization of cynomolgus macaques with S-VLPs induced high antibody titers and TH1 CD4+ biased T cell responses. Although antibody responses were initially dominated by RBD specificity, the third immunization boosted non-RBD antibody titers. Antibodies showed potent neutralization against the vaccine strain and the Alpha variant after two immunizations and robust neutralization of Beta and Gamma strains. Challenge of animals with SARS-CoV-2 protected all vaccinated animals by sterilizing immunity. Thus, the S-VLP approach is an efficient and safe vaccine candidate based on a proven classical approach for further development and clinical testing.

Inaccurately perceived as niche drugs, antiemetics are key elements of cancer treatment alleviating the most dreaded side effect of chemotherapy. Serotonin 5-HT3 receptor antagonists are the most commonly prescribed class of drugs to control chemotherapy-induced nausea and vomiting (CINV). These antagonists have been clinically successful drugs since the 1980s, yet our understanding of how they operate at the molecular level has been hampered by the difficulty of obtaining structures of drug-receptor complexes. Here, we report the cryo-EM structure of the palonosetron-bound 5-HT3 receptor. We investigate the binding of palonosetron, granisetron, dolasetron, ondansetron, and cilansetron using molecular dynamics, covering the whole set of antagonists used in the clinical practice. The structural and computational results yield detailed atomic insight into the binding modes of the drugs. In light of our data, we establish a comprehensive framework underlying the inhibition mechanism by the -setron drug family.

Atomic-resolution structure determination is the key requirement for understanding protein function. Cryo-EM and NMR spectroscopy both provide structural information, but currently cryo-EM does not routinely give access to atomic-level structural data, and, generally, NMR structure determination is restricted to small (<30 kDa) proteins. We introduce an integrated structure determination approach that simultaneously uses NMR and EM data to overcome the limits of each of these methods. The approach enabled determination of the high-resolution structure of the 468 kDa large dodecameric aminopeptidase TET2 to a precision and accuracy below 1 Angstrom by combining secondary-structure information obtained from near-complete magic-angle-spinning NMR assignments of the 39 kDa-large subunits, distance restraints from backbone amides and specifically labelled methyl groups, and a 4.1 Angstrom resolution EM map. The resulting structure exceeds current standards of NMR and EM structure determination in terms of molecular weight and precision. Importantly, the approach is successful even in cases where only medium-resolution (up to 8 Angstrom) cryo-EM data are available, thus paving avenues for the structure determination of challenging biological assemblies.

SUMMARY In angiosperms, flower patterning requires the localized expression of the APETALA3 ( AP3 ) floral homeotic gene involved in petal and stamen development. AP3 is synergistically induced by the master transcription factor (TF) LEAFY (LFY) and the F-box protein UNUSUAL FLORAL ORGANS (UFO), but the molecular mechanism underlying this synergy has remained unknown. Here we show that the connection to ubiquitination pathways suggested by the F-box domain of UFO is mostly dispensable for its function and that UFO instead acts by forming a transcriptional complex with LFY and binds to newly discovered regulatory elements. Cryo-electron microscopy explains how a LFY-UFO complex forms on these novel DNA sites due to direct interaction of UFO with LFY and DNA. Finally, we show that this complex has a deep evolutionary origin, largely predating flowering plants. This work reveals a novel mechanism of an F-box protein in directly modulating the DNA-binding specificity of a master TF.

Abstract Pigments are among the oldest nanoparticulate products known to mankind, and their use in tattoos is also very old. Nowadays, 25% of American people aged 18 to 50 are tattooed, which poses the question of the delayed effects of tattoos. In this article, we investigated three cobalt (Pigment Violet 14 (purple color)) or cobalt alloy pigments (Pigment Blue 28 (blue color), Pigment Green 14 (green color)), and one zinc pigment (Pigment White 4 (white color)) which constitute a wide range of colors found in tattoos. These pigments contain microparticles and a significant proportion of submicroparticles or nanoparticles (in either aggregate or free form). Because of the key role of macrophages in the scavenging of particulate materials, we tested the effects of cobalt- and zinc-based pigments on the J774A.1 macrophage cell line. In order to detect delayed effects, we compared two exposure schemes: acute exposure for 24 hours and an exposure for 24 hours followed by a 3-day post-exposure recovery period. The conjunction of these two schemes allowed for the investigation of the delayed or sustained effects of pigments. All pigments induced functional effects on macrophages, most of which were pigment-dependent. For example, Pigment Green 19, Pigment Blue 28, and Pigment White 4 showed a delayed alteration of the phagocytic capacity of cells. Moreover, all the pigments tested induced a slight but significant increase in tumor necrosis factor secretion. This effect, however, was transitory. Conversely, only Pigment Blue 28 induced both a short and sustained increase in interleukin 6 secretion. Results showed that in response to bacterial stimuli (LPS), the secretion of tumor necrosis factor and interleukin 6 declined after exposure to pigments followed by a recovery period. For chemoattractant cytokines (MCP-1 or MIP-1α), delayed effects were observed with a secretion decreased in presence of Pigment Blue 28 and Pigment violet 14, both with or without LPS stimuli. The pigments also induced persisting changes in some important macrophage membrane markers such as CD11b, an integrin contributing to cell adhesion and immunological tolerance. In conclusion, the pigments induced functional disorders in macrophages, which, in some cases, persist long after exposure, even at non-toxic doses. Contribution to the field statement Unlike dyes, which are water-soluble, pigments are water-insoluble and thus viewed as inert coloring substances. However, historical pigments such as lead white or vermilion (mercuric sulfide) have been shown to be toxic, suggesting that pigments inertness may not be complete under biological conditions. Pigments being particulate (nano) materials, they are taken up by professional scavenger cells such as macrophages once they have penetrated into the body. One epitome of this situation is represented by tattooing: the pigments injected with the ink are taken up by dermal macrophages, which life cycle ensures the localized persistence of tattoos over time. Using an in vitro macrophage culture system adapted to study delayed effects, we have investigated the effects of a series of cobalt- and zinc-containing pigments on macrophages. First of all, the toxicity of the pigments correlated well with their solubility in acidic media, i.e. conditions prevailing in the phagolysosomes. Even when used at non-toxic doses, the cobalt and zinc pigments showed immediate and/or delayed effects on macrophage functions such as phagocytosis, adhesion, tissue repair or response to bacterial stimuli. Overall, these results show that some pigments may not be as inert as previously thought, and describe a system to investigate these effects.