Abstract Tumor-associated glycolipids such as NeuGc GM3 are auspicious molecular targets in antineoplastic therapies and vaccine strategies. 14F7 is an anti-tumor antibody with high clinical potential, which has extraordinary specificity for NeuGc GM3, but does not recognize the very similar, ubiquitous NeuAc GM3. Here we present the 2.3 Å crystal structure of the 14F7 binding domain (14F7 scFv) in complex with the NeuGc GM3 trisaccharide. Intriguingly, a water molecule appears to shape the specificity of 14F7. Using model membrane systems, we show that 14F7 recognizes NeuGc GM3 only above lipid concentrations that are likely to form glycolipid-rich domains. This “all-or-nothing” effect was exacerbated in giant unilamellar vesicles and multilamellar vesicles, whereas no binding was observed to 100 nm liposomes, emphasizing that the 14F7–NeuGc GM3 interaction is additionally modulated by membrane curvature. Unexpectedly, adding NeuAc GM3 strongly increased binding affinity to NeuGc GM3-containing liposomes. This effect may be important for tumor recognition, where the ubiquitous NeuAc GM3 may enhance 14F7 binding to NeuGc GM3-expressing cancer cells.

Lytic polysaccharide monooxygenases (LPMOs) are redox-enzymes that bind to and oxidize insoluble carbohydrate substrates, such as chitin or cellulose. This class of enzymes has attracted considerable attention due to their ability to convert biomaterials of high abundance into oligosaccharides that can be useful for producing biofuels and bioplastics. However, processes at the interface between solution and insoluble substrates represent a major challenge to biochemical and structural characterization. This study used the four-domain LPMO from Vibrio cholerae, N-acetyl glucosamine binding protein A (GbpA), to elucidate how it docks onto its insoluble substrate with its two terminal domains. First, we developed a protocol that allowed GbpA and chitin to form a stable complex in suspension, overcoming incompatibilities of the two binding partners with respect to pH. After determining the neutron scattering contrast match point for chitin, we characterized the structure of GbpA in complex with chitin by Small-Angle Neutron Scattering (SANS). We found that GbpA binds rapidly to chitin, where it spreads out on the chitin fibers unevenly. These findings are supported by electron microscopy. Placing our findings into a biological context, we discussed the potential advantages of GbpA secretion and how chitin binding may prepare the ground for microcolony formation of the bacteria.

Abstract Despite major efforts towards its eradication, cholera remains a major health and economic burden in many developing countries. Between outbreaks, the bacterium responsible for the disease, Vibrio cholerae , survives in aquatic environmental reservoirs, where it commonly forms biofilms, e.g. , on zooplankton. N -acetyl glucosamine binding protein A (GbpA) is an adhesin that binds to the chitinaceous surface of zooplankton and breaks its dense crystalline packing thanks to its lytic polysaccharide monooxygenase (LPMO) activity, which provides V. cholerae with nutrients. In addition, GbpA is an important colonization factor associated with bacterial pathogenicity, allowing the binding to mucins in the host intestine. Here, we report the discovery of a cation-binding site in proximity of the GbpA active site, which allows Ca 2+ , Mg 2+ or K + to bind close to its carbohydrate-binding surface. In addition to the X-ray crystal structures, we explored how the presence of ions affects the stability of the protein, compared the new GbpA LPMO structures to those of other LPMOs, and discussed the relevance of our discovery for bacterial survival. Calcium ions, abundant in natural sources of chitin, have been found to have the strongest effect on GbpA stability. Our findings suggest a V. cholerae- specific cation-binding site in GbpA that may fine-tune activity and binding to the different substrates during environmental survival and host infection.

The development of positron emission tomography (PET) tracers capable of detecting α-synuclein (α-syn) aggregates in vivo would represent a breakthrough for advancing the understanding and enabling the early diagnosis of Parkinson's disease and related disorders. It also holds the potential to assess the efficacy of therapeutic interventions. However, this remains challenging due to different structures of α-syn aggregates, the need for selectivity over other structurally similar amyloid proteins, like amyloid-β (Aβ), which frequently coexist with α-syn pathology, and the low abundance of the target in the brain that requires the development of a high-affinity ligand. To develop a successful PET tracer for the central nervous system (CNS), stringent criteria in terms of polarity and molecular size must also be considered, as the tracer must penetrate the blood-brain barrier and have low nonspecific binding to brain tissue. Here, we report a series of arylpyrazolethiazole (APT) derivatives, rationally designed from a structure-activity relationship study centered on existing ligands for α-syn fibrils, with a particular focus on the selectivity toward α-syn fibrils and control of physicochemical properties suitable for a CNS PET tracer. In vitro competition binding assays performed against [

Seed amplification assays (SAAs) are a promising avenue for the early diagnosis of neurodegenerative diseases. However, when amplifying fibrils from patient‐derived samples in multiwell plates, it is currently highly challenging to accurately quantify the aggregates. It is therefore desirable to transfer such assays into a digital format in microemulsion droplets to enable direct quantification of aggregate numbers. To achieve transfer from conventional plate‐based to the microfluidic digital format, effective seed amplification needs to be achieved inside the microdroplets. Therefore, we establish a new set of assay conditions that enable highly efficient seed amplification in plates without any shaking. However, the same set of conditions displayed a very different behavior upon transfer to a microfluidic platform where no amplification was observed. We demonstrate that this is caused by the suppression of all secondary processes that could amplify the seeds in the complete absence of mechanical perturbations inside the microdroplets. We further show that the amplification inside droplets can be achieved by subjecting the microemulsions to high‐frequency vibrations using a piezo device. Taken together, our results provide novel insights into the physical requirements of alpha‐synuclein seed amplification and demonstrate a pathway towards the development of effective digital SAAs.

Seed amplification assays (SAAs) are a promising avenue for the early diagnosis of neurodegenerative diseases. However, when amplifying fibrils from patient‐derived samples in multiwell plates, it is currently highly challenging to accurately quantify the aggregates. It is therefore desirable to transfer such assays into a digital format in microemulsion droplets to enable direct quantification of aggregate numbers. To achieve transfer from conventional plate‐based to the microfluidic digital format, effective seed amplification needs to be achieved inside the microdroplets. Therefore, we establish a new set of assay conditions that enable highly efficient seed amplification in plates without any shaking. However, the same set of conditions displayed a very different behavior upon transfer to a microfluidic platform where no amplification was observed. We demonstrate that this is caused by the suppression of all secondary processes that could amplify the seeds in the complete absence of mechanical perturbations inside the microdroplets. We further show that the amplification inside droplets can be achieved by subjecting the microemulsions to high‐frequency vibrations using a piezo device. Taken together, our results provide novel insights into the physical requirements of alpha‐synuclein seed amplification and demonstrate a pathway towards the development of effective digital SAAs.