Abstract Anhydrobiosis is one of the most extensively studied forms of cryptobiosis that is induced in certain organisms as a response to desiccation. Anhydrobiotic species has been hypothesized to produce substances that can protect their biological components and/or cell membranes without water. In extremotolerant tardigrades, highly hydrophilic and heat-soluble protein families, cytosolic abundant heat-soluble (CAHS) proteins, have been identified, which are postulated to be integral parts of the tardigrades’ response to desiccation. However, the molecular mechanisms underlying these protein functions remain to be fully elucidated. In this study, we perfomed in vitro and in vivo characterizations of the self-assembling property of CAHS1 protein, a major isoform of CAHS proteins from Ramazzottius varieornatus , using a series of spectroscopic and microscopic techniques. Our in vitro observations showed that CAHS1 proteins homo-oligomerized via the C -terminal α-helical region and formed a hydrogel as their concentration increased, and that these molecular assembling processes were reversible. Furthermore, our in vivo observations demonstrated that the overexpressed CAHS1 proteins formed condensates under desiccation-mimicking conditions. These data strongly suggested that, upon drying, the CAHS1 proteins form oligomers and eventually underwent sol-gel transition in tardigrade cytosols. Thus, it is proposed that the CAHS1 proteins form the cytosolic fibrous condensates, which presumably have variable mechanisms for the desiccation tolerance of tardigrades. These findings provide insights into the protective mechanisms involved in the anhydrobiosis of tardigrades.

Archaeal cells are typically enveloped by glycosylated S-layer proteins. Archaeal protein glycosylation provides valuable insights not only into their adaptation to their niches but also into their evolutionary trajectory. Notably, thermophilic Thermoproteota modify proteins with N-glycans that include two GlcNAc units at the reducing end, resembling the "core structure" preserved across eukaryotes. Recently, Asgard archaea, now classified as members of the phylum Promethearchaeota, have offered unprecedented opportunities for understanding the role of archaea in eukaryogenesis. Despite the presence of genes indicative of protein N-glycosylation in this archaeal group, these have not been experimentally investigated. Here we performed a glycoproteome analysis of the firstly isolated Asgard archaeon Promethearchaeum syntrophicum. Over 700 different proteins were identified through high-resolution LC-MS/MS analysis, however, there was no evidence of either the presence or glycosylation of putative S-layer proteins. Instead, N-glycosylation in this archaeon was primarily observed in an extracellular solute-binding protein, possibly related to chemoreception or transmembrane transport of oligopeptides. The glycan modification occurred on an asparagine residue located within the conserved N-X-S/T sequon, consistent with the pattern found in other archaea, bacteria, and eukaryotes. Unexpectedly, three structurally different N-glycans lacking the conventional core structure were identified in this archaeon, presenting unique compositions that included atypical sugars. Notably, one of these sugars was likely HexNAc modified with a threonine residue, similar to modifications previously observed in mesophilic methanogens within the Methanobacteriati. Our findings advance our understanding of Asgard archaea physiology and evolutionary dynamics.

Amyloid fibrils are self-assembled and ordered proteinaceous supramolecules structurally characterized by the cross-β spine. Amyloid formation is known to be related to various diseases typified by neurogenerative disorders and involved in a variety of functional roles. Whereas common mechanisms for amyloid formation have been postulated across diverse systems, the mesoscopic morphology of the fibrils is significantly affected by the type of solution condition in which it grows. Amyloid formation is also thought to share a phenomenological similarity with protein crystallization. While many studies have demonstrated the effect of gravity on protein crystallization, its effect on amyloid formation has not been reported. In this study, we conducted an experiment at the International Space Station (ISS) to characterize fibril formation of 40-residue amyloid β (Aβ(1-40)) under microgravity conditions. Our comparative analyses revealed that the Aβ(1-40) fibrilization progresses much more slowly on the ISS than on the ground, similarly to protein crystallization. Furthermore, microgravity promoted the formation of distinct morphologies of Aβ(1-40) fibrils. Our findings demonstrate that the ISS provides an ideal experimental environment for detailed investigations of amyloid formation mechanisms by eliminating the conventionally uncontrollable factors derived from gravity.

Members of the kingdom

Abstract Human norovirus, a leading cause of viral gastroenteritis, results in significant global health and economic burden, requiring sensitive and accurate diagnosis and effective therapeutics and vaccines. In this study, we immunized mice with the virus like capsid particles of GII.4, a mainstream strain, and GII.17, a modern strain that began to circulate in 2014, and used hybridoma technology to generate hybridoma cells that produce norovirus-binding antibodies against GII.4 and GII.17, respectively. Selection of these hybridoma cells yielded monoclonal IgG and IgM antibodies against these strains. Characterization of these antibodies revealed that avidity effect by multivalent binding is necessary for IgM to bind to norovirus at high efficiency, while IgG achieve high affinity even by monovalent binding. Surface plasmon resonance and ELISA data suggest that the high density of antigen protrusion domain in the norovirus capsid, containing approximately protomers, facilitates IgM to bind to norovirus capsid with high efficiency.

Abstract Immunoglobulin G (IgG) is a molecule that plays an important role in biological defense; IgG molecules have been applied as drugs due to their high specificity for antigens and their ability to activate immunity via effector molecules on immune cells. On the other hand, the flexibility of the hinge region makes it difficult to apply conventional structural biology approaches due to its dynamic conformational changes, and the mechanism of action of the molecule as a whole has not been elucidated. Here, we introduced a deletion amino acid mutation in the hinge region to elucidate the role of the hinge region and its effect on the structure and function of the IgG molecule. Deletion of Pro230 resulted in the formation of a half-molecular in which the interaction between heavy chains was lost. We elucidated the mechanism of half-IgG formation by structural analysis using nuclear magnetic resonance (NMR) measurements and by disulfide quantification using peptide mapping using LC-MS/MS. For this purpose, a new NMR stable isotope labeling method was introduced. Finally, cell assay revealed that the IgG half-molecules have specific FcγRI-mediated activity. This report provides new insights into the higher-order structure formation of IgG molecules and is expected to contribute to the elucidation of the molecular basis of the Fcγ receptor-mediated activation mechanism of the immune system.