NMR spectroscopy plays a major role in the determination of the structures and dynamics of proteins and other biological macromolecules. Chemical shifts are the most readily and accurately measurable NMR parameters, and they reflect with great specificity the conformations of native and nonnative states of proteins. We show, using 11 examples of proteins representative of the major structural classes and containing up to 123 residues, that it is possible to use chemical shifts as structural restraints in combination with a conventional molecular mechanics force field to determine the conformations of proteins at a resolution of 2 Å or better. This strategy should be widely applicable and, subject to further development, will enable quantitative structural analysis to be carried out to address a range of complex biological problems not accessible to current structural techniques.

Highlights•SARS-CoV-2-infected men have a worse clinical outcome than women.•Cancer patients have an increased risk of SARS-CoV-2 infection.•Prostate cancer patients receiving androgen-deprivation therapies appear to be partially protected from the infection.AbstractBackgroundCell entry of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) depends on binding of the viral spike (S) proteins to angiotensin-converting enzyme 2 and on S protein priming by TMPRSS2. Inhibition of TMPRSS2 may work to block or decrease the severity of SARS-CoV-2 infections. Intriguingly, TMPRSS2 is an androgen-regulated gene that is up-regulated in prostate cancer where it supports tumor progression and is involved in a frequent genetic translocation with the ERG gene. First- or second-generation androgen-deprivation therapies (ADTs) decrease the levels of TMPRSS2. Here we put forward the hypothesis that ADTs may protect patients affected by prostate cancer from SARS-CoV-2 infections.Materials and methodsWe extracted data regarding 9280 patients (4532 males) with laboratory-confirmed SARS-CoV-2 infection from 68 hospitals in Veneto, one of the Italian regions that was most affected by the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic. The parameters used for each COVID-19-positive patient were sex, hospitalization, admission to intensive care unit, death, tumor diagnosis, prostate cancer diagnosis, and ADT.ResultsThere were evaluable 9280 SARS-CoV-2-positive patients in Veneto on 1 April 2020. Overall, males developed more severe complications, were more frequently hospitalized, and had a worse clinical outcome than females. Considering only the Veneto male population (2.4 million men), 0.2% and 0.3% of non-cancer and cancer patients, respectively, tested positive for SARS-CoV-2. Comparing the total number of SARS-CoV-2-positive cases, prostate cancer patients receiving ADT had a significantly lower risk of SARS-CoV-2 infection compared with patients who did not receive ADT (OR 4.05; 95% CI 1.55–10.59). A greater difference was found comparing prostate cancer patients receiving ADT with patients with any other type of cancer (OR 4.86; 95% CI 1.88–12.56).ConclusionOur data suggest that cancer patients have an increased risk of SARS-CoV-2 infections compared with non-cancer patients. However, prostate cancer patients receiving ADT appear to be partially protected from SARS-CoV-2 infections.

Protein Tipping Point Amyloid fibrils are insoluble protein aggregates that play a role in various degenerative diseases. Recent experiments have provided insight into fibrillar structures; however, the mechanisms of aggregation remain unclear. Neudecker et al. (p. 362 ; see the Perspective by Eliezer ) report the structure of a transient folding intermediate in a protein SH3 domain known to undergo aggregation. The intermediate is stabilized by non-native interactions and exposes an aggregation-prone β strand. Thus, for this protein, folding from the intermediate state will compete with aggregation.

The humoral arm of innate immunity includes diverse molecules with antibody-like functions, some of which serve as disease severity biomarkers in coronavirus disease 2019 (COVID-19). The present study was designed to conduct a systematic investigation of the interaction of human humoral fluid-phase pattern recognition molecules (PRMs) with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Of 12 PRMs tested, the long pentraxin 3 (PTX3) and mannose-binding lectin (MBL) bound the viral nucleocapsid and spike proteins, respectively. MBL bound trimeric spike protein, including that of variants of concern (VoC), in a glycan-dependent manner and inhibited SARS-CoV-2 in three in vitro models. Moreover, after binding to spike protein, MBL activated the lectin pathway of complement activation. Based on retention of glycosylation sites and modeling, MBL was predicted to recognize the Omicron VoC. Genetic polymorphisms at the MBL2 locus were associated with disease severity. These results suggest that selected humoral fluid-phase PRMs can play an important role in resistance to, and pathogenesis of, COVID-19, a finding with translational implications.

Abstract Infection by SARS-CoV-2 leads to diverse symptoms, which can persist for months. While antiviral antibodies are protective, those targeting interferons and other immune factors are associated with adverse COVID-19 outcomes. Instead, we discovered that antibodies against specific chemokines are omnipresent after COVID-19, associated with favorable disease, and predictive of lack of long COVID symptoms at one year post infection. Anti-chemokine antibodies are present also in HIV-1 infection and autoimmune disorders, but they target different chemokines than those in COVID-19. Monoclonal antibodies derived from COVID- 19 convalescents that bind to the chemokine N-loop impair cell migration. Given the role of chemokines in orchestrating immune cell trafficking, naturally arising anti-chemokine antibodies associated with favorable COVID-19 may be beneficial by modulating the inflammatory response and thus bear therapeutic potential. One-Sentence Summary: Naturally arising anti-chemokine antibodies associate with favorable COVID-19 and predict lack of long COVID.

Emergence of SARS-CoV-2 variants diminishes the efficacy of vaccines and antiviral monoclonal antibodies. Continued development of immunotherapies and vaccine immunogens resilient to viral evolution is therefore necessary. Using coldspot-guided antibody discovery, a screening approach that focuses on portions of the virus spike that are both functionally relevant and averse to change, we identified human neutralizing antibodies to highly conserved viral epitopes. Antibody fp.006 binds the fusion peptide and cross-reacts against coronaviruses of the four genera , including the nine human coronaviruses, through recognition of a conserved motif that includes the S2’ site of proteolytic cleavage. Antibody hr2.016 targets the stem helix and neutralizes SARS-CoV-2 variants. Antibody sd1.040 binds to subdomain 1, synergizes with antibody rbd.042 for neutralization and, like fp.006 and hr2.016, protects mice when present as bispecific antibody. Thus, coldspot-guided antibody discovery reveals donor-derived neutralizing antibodies that are cross-reactive with Orthocoronavirinae , including SARS-CoV-2 variants. One sentence summary Broadly cross-reactive antibodies that protect from SARS-CoV-2 variants are revealed by virus coldspot-driven discovery.

Abstract Accumulating senescent cells within tissues contribute to the progression of aging and age-related diseases. Botanical extracts, rich in phytoconstituents, present a useful resource for discovering therapies that could target senescence and thus improve healthspan. Here, we show that daily oral administration of a standardized extract of Salvia haenkei (Haenkenium (HK)) extended lifespan and healthspan of naturally aged mice. HK treatment inhibited age-induced inflammation, fibrosis and senescence markers across several tissues, as well as increased muscle strength and fur thickness compared with age-matched controls. We also found that HK treatment reduced acutely induced senescence by the chemotherapeutic agent doxorubicin, using p16 LUC reporter mice. We profiled the constituent components of HK by mass spectrometry, and identified luteolin—the most concentrated flavonoid in HK—as a senomorphic compound. Mechanistically, by performing surface plasmon resonance and in situ proximity ligation assay, we found that luteolin disrupted the p16–CDK6 interaction. This work demonstrates that administration of HK promotes longevity in mice, possibly by modulating cellular senescence and by disrupting the p16–CDK6 interaction.

Abstract The binding and release of ligands from their protein targets is central to fundamental biological processes as well as to drug discovery. Photopharmacology introduces chemical triggers that allow the changing of ligand affinities and thus biological activity by light. Insight into the molecular mechanisms of photopharmacology is largely missing because the relevant transitions during the light-triggered reaction cannot be resolved by conventional structural biology. Using time-resolved serial crystallography at a synchrotron and X-ray free-electron laser, we captured the release of the anti-cancer compound azo-combretastatin A4 and the resulting conformational changes in tubulin. Nine structural snapshots from 1 ns to 100 ms complemented by simulations show how cis -to- trans isomerization of the azobenzene bond leads to a switch in ligand affinity, opening of an exit channel, and collapse of the binding pocket upon ligand release. The resulting global backbone rearrangements are related to the action mechanism of microtubule-destabilizing drugs.

Abstract Human RAD52 is a DNA-binding protein involved in many DNA repair mechanisms and genomic stability maintenance. In the last few years, this protein was discovered to be a promising novel pharmacological target for anticancer synthetic lethality strategies since its inhibition or modulation, under specific genetic conditions, was proved to enhance therapies efficacy in various cancer cell types. Although the interest in RAD52 has exponentially grown in the last decade, most information about its structure and mechanism of action is still missing. This work provides novel insights into full-length RAD52 (RAD52 FL) protein, focusing on its structural and functional characterization. The Cryo-Electron Microscopy (Cryo-EM) structure of RAD52 FL, here presented at a resolution (2.16 Å) higher than the one currently available for RAD52 N-terminal X-ray structure, allows hypothesizing the role of individual amino acid residues. While the N-terminal region of RAD52 FL is structured in an undecameric ring, the C-terminal part is intrinsically disordered as fully characterized through SAXS and biophysical analyses. These detailed (atomic level) structural analyses will substantially impact future characterizations of RAD52 mechanisms of action and inhibitors development, particularly in the context of novel approaches to synthetic lethality.

Abstract RAD51, a key player in the homologous recombination (HR) mechanism, is a critical protein to preserve genomic stability. BRCA2, upon DNA damage, promotes RAD51 fibrils disassembly and its nuclear recruitment. Here, we use BRC4, a peptide derived from the fourth BRC repeat of BRCA2; BRC4 induces RAD51 defibrillation through a ‘domino’ effect, eroding fibrils from their termini, and yielding monomeric RAD51. The congruence among several techniques (static and dynamic light scattering, negative staining transmission electron microscopy (TEM), and microscale thermophoresis) allows an accurate estimation of the kinetic and thermodynamic parameters of this process. BRC4 lacks, however, a nuclear localization sequence; therefore, it cannot transport RAD51 into the nucleus, thus behaving as a RAD51 inhibitor. Cellular assays (BxPC-3, pancreatic cancer cells) indeed show that BRC4 efficiently inhibits HR and enhances the cytotoxic effect of cisplatin, a DNA-damaging drug. The present study sheds further light on the complexity of the HR pathway, paving the way for designing peptide and small organic molecule inhibitors of RAD51 as innovative anticancer and chemo/radiosensitizer compounds.