Abstract Faithful segregation of chromosomes during mitosis relies on a carefully coordinated and intricate interplay between the centromere, kinetochore, and spindle microtubules. Despite its importance, the architecture of this interface remains elusive. Here we used in situ cryo-electron tomography to visualize the native architecture of the kinetochore-microtubule interface in human U2OS cells at different stages of mitosis. We find that the centromere forms a pocket-like structure around kinetochore microtubules. Two morphologically distinct fibrillar densities form end-on and side-on connections to the plus-ends of microtubules within this centromeric pocket. Our data suggest a dynamic kinetochore-microtubule interface with multiple interactions between outer kinetochore components and spindle microtubules.

Abstract Brain lesions can arise from traumatic brain injury, infection, and craniotomy. Although injectable hydrogels show promise for promoting healing of lesions and health of surrounding tissue, enabling cellular ingrowth and restoring neural tissue continue to be challenging. We hypothesized that these challenges arise in part from viscoelastic mismatch between the hydrogel and the brain parenchyma, and tested this hypothesis by developing and evaluating a self-healing hydrogel that mimicked both the composition and viscoelasticity of native brain parenchyma. The hydrogel was crosslinked by dynamic boronate ester bonds between phenylboronic acid grafted hyaluronic acid (HA-PBA) and dopamine grafted gelatin (Gel-Dopa). This HA-PBA/Gel-Dopa hydrogel could be injected into a lesion cavity in a shear-thinning manner with rapid hemostasis, high tissue adhesion and efficient self-healing. We tested this in an in vivo mouse model of brain lesions and found the hydrogel to support neural cell infiltration, decrease astrogliosis and glial scars, and close the lesions. The results suggest a role for viscoelasticity in brain lesion healing, and motivate additional experimentation in larger animals as the technology progresses towards potential application in humans.

Abstract The Legionella pneumophila Dot/Icm type IV secretion system (T4SS) delivers effector proteins into host cells during infection. Despite its significance as a potential drug target, our current understanding of its atomic structure is limited to isolated subcomplexes. In this study, we used subtomogram averaging and integrative modeling to construct a nearly-complete model of the Dot/Icm T4SS accounting for seventeen protein components. We locate and provide insights into the structure and function of six new components including DotI, DotJ, DotU, IcmF, IcmT, and IcmX. We find that the cytosolic N-terminal domain of IcmF, a key protein forming a central hollow cylinder, interacts with DotU, providing insight into previously uncharacterized density. Furthermore, our model, in combination with analyses of compositional heterogeneity, explains how the cytoplasmic ATPase DotO is connected to the periplasmic complex via interactions with membrane-bound DotI/DotJ proteins. Coupled with in situ infection data, our model offers new insights into the T4SS-mediated secretion mechanism.

Microcrystal electron diffraction (MicroED) allows for macromolecular structure solution from nanocrystals. To create crystals of suitable size for MicroED data collection, sample preparation typically involves sonication or pipetting a slurry of crystals from a crystallization drop. The resultant crystal fragments are fragile and the quality of the data that can be obtained from them is sensitive to subsequent sample preparation for cryoEM as interactions in the water-air interface can damage crystals during blotting. Here, we demonstrate the use of a focused ion beam to generate lamellae of macromolecular protein crystals for continuous rotation MicroED that are of ideal thickness, easy to locate, and require no blotting optimization. In this manner, crystals of nearly any size may be scooped and milled to ideal dimensions prior to data collection, thus streamlining the methodology for sample preparation for MicroED.

Innovative new crystallographic methods are facilitating structural studies from ever smaller crystals of biological macromolecules. In particular, serial X-ray crystallography and microcrystal electron diffraction (MicroED) have emerged as useful methods for obtaining structural information from crystals on the nanometer to micron scale. Despite the utility of these methods, their implementation can often be difficult, as they present many challenges not encountered in traditional macromolecular crystallography experiments. Here, we describe XFEL serial crystallography experiments and MicroED experiments using batch-grown microcrystals of the enzyme cyclophilin A (CypA). Our results provide a roadmap for researchers hoping to design macromolecular microcrystallography experiments, and they highlight the strengths and weaknesses of the two methods. Specifically, we focus on how the different physical conditions imposed by the sample preparation and delivery methods required for each type of experiment effect the crystal structure of the enzyme.

Microcrystal electron diffraction (MicroED) leverages the strong interaction between matter and electrons to determine protein structures from vanishingly small crystals. This strong interaction limits the thickness of crystals that can be investigated by MicroED, mainly due to absorption. Recent studies have demonstrated that focused ion beam (FIB) can thin even very large crystals into ideal sized lamellae however it is not clear how to best apply FIB-milling for MicroED. Here, The effects of polishing the lamellae, whereby the last few nanometers are milled away using a low-current gallium beam, are explored in both platinum pre-coated and uncoated samples. Our results suggest that pre-coating samples with a thin layer of platinum followed by polishing the crystal surfaces prior to data collection consistently led to superior results as indicated by higher signal/noise ratio, higher resolution and better refinement statistics. This study lays the foundation for routine and reproducible methodology for sample preparation in MicroED.