Abstract Exposure to different mutagens leaves distinct mutational patterns that can allow prediction of pathogen replication niches (Ruis 2022). We therefore hypothesised that analysis of SARS-CoV-2 mutational spectra might show lineage-specific differences, dependant on the dominant site(s) of replication and onwards transmission, and could therefore rapidly infer virulence of emergent variants of concern (VOC; Konings 2021). Through mutational spectrum analysis, we found a significant reduction in G>T mutations in Omicron, which replicates in the upper respiratory tract (URT), compared to other lineages, which replicate in both upper and lower respiratory tracts (LRT). Mutational analysis of other viruses and bacteria indicates a robust, generalisable association of high G>T mutations with replication within the LRT. Monitoring G>T mutation rates over time, we found early separation of Omicron from Beta, Gamma and Delta, while the mutational burden in Alpha varied consistent with changes in transmission source as social restrictions were lifted. This supports the use of mutational spectra to infer niches of established and emergent pathogens.

PURA, also known as Pur-alpha, is an evolutionarily conserved DNA/RNA-binding protein crucial for various cellular processes, including DNA replication, transcriptional regulation, and translational control. Comprising three PUR domains, it engages with nucleic acids and has a role in protein-protein interactions. The manifestation of PURA syndrome, arising from mutations in the PURA gene, presents neurologically with developmental delay, hypotonia, and seizures. In our prior work from 2018, we highlighted the unique case of a PURA patient displaying hypoglycorrhachia, suggesting a potential association with GLUT1 dysfunction in this syndrome. In this current study, we expand the patient cohort with PURA mutations exhibiting hypoglycorrhachia and aim to unravel the molecular basis of this phenomenon. We established an in vitro model in HeLa cells to modulate PURA expression and investigated GLUT1 function and expression. Our findings indicate that PURA levels directly impact glucose uptake through the functioning of GLUT1, without influencing significantly GLUT1 expression. Moreover, our study reveals convincing evidence for a physical interaction between PURA and GLUT1, demonstrated by colocalization and co-immunoprecipitation of both proteins. Computational analyses, employing molecular dynamics, further corroborates these findings, demonstrating that PURA:GLUT1 interactions are plausible, and that the stability of the complex is altered when PURA is truncated and/or mutated. In conclusion, our results suggest that PURA plays a pivotal role in driving the function of GLUT1 for glucose uptake, potentially forming a regulatory complex. Additional investigations are warranted to elucidate the precise mechanisms governing this complex and its significance in ensuring proper GLUT1 function.

GABA B receptors (GABABRs) are heterodimeric seven-transmembrane receptors that interact with a range of proteins and form large protein complexes on cholesterol-rich membrane microdomains. As the brain ages, membrane cholesterol levels exhibit alterations, although it remains unclear how these changes impact protein-protein interactions and downstream signaling. Herein, we studied the structural bases for the interaction between GABABR and the KCC2 transporter, including their protein expression and distribution, and we compared data between young and aged rat cerebella. Also, we analyzed lipid profiles for both groups, and we used molecular dynamics simulations on three plasma membrane systems with different cholesterol concentrations, to further explore the GABABR-transporter interaction. Based on our results, we report that a significant decrease in GABAB2 subunit expression occurs in the aged rat cerebella. After performing a comparative co-immunoprecipitation analysis, we confirm that GABABR and KCC2 form a protein complex in adult and aged rat cerebella, although their interaction levels are reduced substantially as the cerebellum ages. On the other hand, our lipid analyses reveal a significant increase in cholesterol and sphingomyelin levels of the aged cerebella. Finally, we used the Martini coarse-grained model to conduct molecular dynamics simulations, from which we observed that membrane cholesterol concentrations can dictate whether the GABABR tail domains physically establish G protein-independent contacts with a transporter, and the timing when those associations eventually occur. Taken together, our findings illustrate how age-related alterations in membrane cholesterol levels affect protein-protein interactions, and how they could play a crucial role in regulating GABABR's interactome-mediated signaling.

Abstract Mutation landscapes and signatures have been thoroughly studied in SARS-CoV-2. Here, we analyse those patterns and link their changes to the viral replication niche. Surprisingly, those patterns look to be also modified after vaccination. Hence, by deductive reasoning we identify the steps of the coronavirus infection cycle in which those mutations initiate.

Synaptotagmin-1 is a low-affinity Ca 2+ sensor that triggers synchronous vesicle fusion. It contains two similar C2 domains (C2A and C2B) that cooperate in membrane binding, being the C2B domain the main responsible for the membrane fusion process due to its polybasic patch KRLKKKKTTIKK (321-332). In this work, a master-servant mechanism between two identical C2B domains is shown to control the formation of the fusion stalk. Two regions in C2B are essential for the process, the well-known polybasic patch and a recently described pair of arginines (398,399). The master domain shows strong PIP 2 interactions with its polybasic patch and its pair of arginines. At the same time, the servant analogously cooperates with the master to reduce the total work to form the fusion stalk. The strategic mutation (T328E,T329E) in both master and servant domains disrupts the cooperative mechanism, drastically increasing the free energy needed to induce the fusion stalk, however with negligible effects on the master domain interactions with PIP 2 . These data point to a difference in the behavior of the servant domain, which is unable to sustain its PIP 2 interactions neither through its polybasic patch nor through its pair of arginines, in the end losing its ability to assist the master in the formation of the fusion stalk.

Lipid bilayers possess the capacity for self-assembly due to the amphipathic nature of lipid molecules, which have both hydrophobic and hydrophilic regions. When confined, lipid bilayers exhibit astonishing versatility in their forms, adopting diverse shapes that are challenging to observe through experimental means. Exploiting this adaptability, lipid structures motivate the development of bio-inspired mechanomaterials and integrated nanobio-interfaces that could seamlessly merge with biological entities, ultimately bridging the gap between synthetic and biological systems. In this work, we demonstrate how, in numerical simulations of multivesicular bodies, a fascinating evolution unfolds from an initial semblance of order toward states of higher entropy over time. We observe dynamic rearrangements in confined vesicles that reveal unexpected limit shapes of distinct geometric patterns. We identify five structures as the basic building blocks that systematically repeat under various conditions of size and composition. Moreover, we observe more complex and less frequent shapes that emerge in confined spaces. Our results provide insights into the dynamics of multivesicular systems, offering a richer understanding of how confined lipid bodies spontaneously self-organize.