Abstract Summary: HELIQUEST calculates the physicochemical properties and amino acid composition of an α-helix and screens databank to identify protein segments possessing similar features. This server is also dedicated to mutating helices manually or automatically by genetic algorithm to design analogues of defined features. Availability: http://heliquest.ipmc.cnrs.fr Contact: gautier@ipmc.cnrs.fr

Several proteins at endoplasmic reticulum (ER)-Golgi membrane contact sites contain a PH domain that interacts with the Golgi phosphoinositide PI(4)P, a FFAT motif that interacts with the ER protein VAP-A, and a lipid transfer domain. This architecture suggests the ability to both tether organelles and transport lipids between them. We show that in oxysterol binding protein (OSBP) these two activities are coupled by a four-step cycle. Membrane tethering by the PH domain and the FFAT motif enables sterol transfer by the lipid transfer domain (ORD), followed by back transfer of PI(4)P by the ORD. Finally, PI(4)P is hydrolyzed in cis by the ER protein Sac1. The energy provided by PI(4)P hydrolysis drives sterol transfer and allows negative feedback when PI(4)P becomes limiting. Other lipid transfer proteins are tethered by the same mechanism. Thus, OSBP-mediated back transfer of PI(4)P might coordinate the transfer of other lipid species at the ER-Golgi interface.

We demonstrate that the major in vivo targets of brefeldin A (BFA) in the secretory pathway of budding yeast are the three members of the Sec7 domain family of ARF exchange factors: Gea1p and Gea2p (functionally interchangeable) and Sec7p. Specific residues within the Sec7 domain are important for BFA inhibition of ARF exchange activity, since mutations in these residues of Gea1p (sensitive to BFA) and of ARNO (resistant to BFA) reverse the sensitivity of each to BFA in vivo and in vitro. We show that the target of BFA inhibition of ARF exchange activity is an ARF-GDP-Sec7 domain protein complex, and that BFA acts to stabilize this complex to a greater extent for a BFA-sensitive Sec7 domain than for a resistant one.

Osh/Orp proteins transport sterols between organelles and are involved in phosphoinositide metabolism. The link between these two aspects remains elusive. Using novel assays, we address the influence of membrane composition on the ability of Osh4p/Kes1p to extract, deliver, or transport dehydroergosterol (DHE). Surprisingly, phosphatidylinositol 4-phosphate (PI(4)P) specifically inhibited DHE extraction because PI(4)P was itself efficiently extracted by Osh4p. We solve the structure of the Osh4p-PI(4)P complex and reveal how Osh4p selectively substitutes PI(4)P for sterol. Last, we show that Osh4p quickly exchanges DHE for PI(4)P and, thereby, can transport these two lipids between membranes along opposite routes. These results suggest a model in which Osh4p transports sterol from the ER to late compartments pinpointed by PI(4)P and, in turn, transports PI(4)P backward. Coupled to PI(4)P metabolism, this transport cycle would create sterol gradients. Because the residues that recognize PI(4)P are conserved in Osh4p homologues, other Osh/Orp are potential sterol/phosphoinositol phosphate exchangers.

Comprehensive libraries of plasmids for SARS-CoV-2 proteins with various tags (e.g. Strep, HA, Turbo) are now available. They enable the identification of numerous potential protein-protein interactions between the SARS-CoV-2 virus and host proteins. To facilitate further cellular investigations, notably by imaging techniques, we present here a large library of SARS CoV-2 protein constructs fused with green and red fluorescent proteins and their initial characterization in various human cell lines including lung epithelial cell models (A549, BEAS-2B), as well as in budding yeast. The localization of a few SARS-CoV-2 proteins matches their proposed interactions with host proteins. These include the localization of Nsp13 to the centrosome, Orf3a to late endosomes, and Orf9b to mitochondria.

Abstract Tumor Protein D54 (TPD54) is an abundant cytosolic protein that belongs to the TPD52 family, a family of four proteins (TPD52, 53, 54 and 55) that are overexpressed in several cancer cells. Even though the functions of these proteins remain elusive, recent investigations indicate that TPD54 binds to very small cytosolic vesicles with a diameter of ca. 30 nm, half the size of classical transport vesicles (e.g. COPI and COPII). Here, we investigated the mechanism of intracellular nanovesicle capture by TPD54. Bioinformatical analysis suggests that TPD54 contains a small coiled-coil followed by several amphipathic helices, which could fold upon binding to lipid membranes. One of these helices has the physicochemical features of an Amphipathic Lipid Packing Sensor (ALPS) motif, which, in other proteins, enables membrane binding in a curvature-dependent manner. Limited proteolysis, CD spectroscopy, tryptophan fluorescence and cysteine mutagenesis coupled to covalent binding of a membrane sensitive probe show that binding of TPD54 to small liposomes is accompanied by large structural changes in the amphipathic helix region. TPD54 binding to artificial liposomes is very sensitive to liposome size and to lipid unsaturation but is poorly dependent on lipid charge. Cellular investigations confirmed the key role of the ALPS motif in vesicle targeting. Surprisingly, the vesicles selected by TPD54 poorly overlap with those captured by the golgin GMAP-210, a long vesicle tether at the Golgi apparatus, which displays a dimeric coiled-coil architecture and an N-terminal ALPS motif. We propose that TPD54 recognizes nanovesicles through a combination of ALPS-dependent and -independent mechanisms.

Numerous proteins target lipid droplets (LDs) through amphipathic helices (AHs). It is generally assumed that AHs insert bulky hydrophobic residues in packing defects at the LD surface. However, this model does not explain the targeting of perilipins, the most abundant and specific amphipathic proteins of LDs. The gigantic Plin4 contains a highly repetitive AH that lacks bulky hydrophobic residues, and its LD targeting depends strongly on its length. We show that Plin4 forms a remarkably immobile protein layer at the surface of cellular or artificial LDs, making them stable over days. This Plin4 AH feature is not shared with the AHs of other perilipins, which display much faster dynamics on lipid surfaces. Plin4 AH stability on LDs is exquisitely sensitive to the nature and distribution of its polar residues. These results suggest that Plin4 forms stable arrangements of adjacent AHs via polar interactions.

Summary Membrane contact sites (MCS) are subcellular regions where two organelles appose their membranes to exchange small molecules, including lipids. Structural information on how proteins form MCS is scarce. We designed an in vitro MCS with two membranes and a pair of tethering proteins suitable for cryo-tomography analysis. It includes VAP-A, an ER transmembrane protein interacting with a myriad of cytosolic proteins, and oxysterol-binding protein (OSBP), a lipid transfer protein that transports cholesterol from the ER to the trans Golgi network. We show that VAP-A is a highly flexible protein, allowing formation of MCS of variable intermembrane distance. The tethering part of OSBP contains a central, dimeric, and helical T-shape region. We propose that the molecular flexibility of VAP-A enables the recruitment of partners of different sizes within MCS of adjustable thickness, whereas the T geometry of the OSBP dimer facilitates the movement of the two lipid-transfer domains between membranes.