Regulated by pH, membrane-anchored proteins E and M function during dengue virus maturation and membrane fusion. Our atomic model of the whole virion from cryo-electron microscopy at 3.5-Å resolution reveals that in the mature virus at neutral extracellular pH, the N-terminal 20-amino-acid segment of M (involving three pH-sensing histidines) latches and thereby prevents spring-loaded E fusion protein from prematurely exposing its fusion peptide. This M latch is fastened at an earlier stage, during maturation at acidic pH in the trans-Golgi network. At a later stage, to initiate infection in response to acidic pH in the late endosome, M releases the latch and exposes the fusion peptide. Thus, M serves as a multistep chaperone of E to control the conformational changes accompanying maturation and infection. These pH-sensitive interactions could serve as targets for drug discovery.

SARS-CoV-2 has caused a global pandemic of COVID-19 that urgently needs an effective treatment. Nucleoside analog drugs including favipiravir have been repurposed for COVID-19 despite of unclear mechanism of their inhibition of the viral RNA polymerase (RdRp). Here we report the cryo-EM structures of the viral RdRp in complex with favipiravir and two other nucleoside inhibitor drugs ribavirin and penciclovir. Ribavirin and the ribosylated form of favipiravir share a similar ribose scaffold that is distinct from penciclovir. However, the structures reveal that all three inhibitors are covalently linked to the primer strand in a monophosphate form despite the different chemical scaffolds between favipiravir and penciclovir. Surprisingly, the base moieties of these inhibitors can form mismatched pairs with the template strand. Moreover, in view of the clinical disadvantages of remdesivir mainly associated with its prodrug form, we designed several orally-available remdesivir parent nucleoside derivatives, including VV16 that showed 5-fold more potent than remdesivir in inhibition of viral replication. Together, these results demonstrate an unexpected promiscuity of the viral RNA polymerase and provide a basis for repurpose and design of nucleotide analog drugs for COVID-19. One Sentence Summary Cryo-EM structures of the RNA polymerase of SARS-CoV-2 reveals the basis for repurposing of old nucleotide drugs to treat COVID-19.

SUMMARY The COVID-19 pandemic by non-stop infections of SARS-CoV-2 has continued to ravage many countries worldwide. Here we report the discovery of suramin, a 100-year-old drug, as a potent inhibitor of the SARS-CoV-2 RNA dependent RNA polymerase (RdRp) through blocking the binding of RNA to the enzyme. In biochemical assays, suramin and its derivatives are at least 20-fold more potent than remdesivir, the currently approved nucleotide drug for COVID-19. The 2.6 Å cryo-EM structure of the viral RdRp bound to suramin reveals two binding sites of suramin, with one site directly blocking the binding of the RNA template strand and the other site clash with the RNA primer strand near the RdRp catalytic active site, therefore inhibiting the viral RNA replication. Furthermore, suramin potently inhibits SARS-CoV-2 duplication in Vero E6 cells. These results provide a structural mechanism for the first non-nucleotide inhibitor of the SARS-CoV-2 RdRp and a rationale for repurposing suramin for treating COVID-19. One Sentence Summary Discovery and mechanism of suramin as potent SARS-CoV-2 RNA polymerase inhibitor and its repurposing for treating COVID-19.

Abstract Mass cytometry uses metal-isotope-tagged antibodies to label targets of interest, which enables simultaneous measurements of ~50 proteins or protein modifications in millions of single cells, but its sensitivity is limited. Here, we present a signal amplification technology, termed Amplification by Cyclic Extension (ACE), implementing thermal-cycling-based DNA in situ concatenation in combination with 3-cyanovinylcarbazole phosphoramidite-based DNA crosslinking to enable signal amplification simultaneously on >30 protein epitopes. We demonstrate the utility of ACE in low-abundance protein quantification with suspension mass cytometry to characterize molecular reprogramming during the epithelial-to-mesenchymal transition as well as the mesenchymal-to-epithelial transition. We show the capability of ACE to quantify the dynamics of signaling network responses in human T lymphocytes. We further present the application of ACE in imaging mass cytometry-based multiparametric tissue imaging to identify tissue compartments and profile spatial aspects related to pathological states in polycystic kidney tissues.

Abstract TACAN is not a mechanosensitive ion channel but significantly linked to the mechanical hyperalgesia. In this study, we show that the human TACAN is a homodimer with each monomer consisting of a body, a spring and a blade domains. The body domain contains six transmembrane helices that forms an independent channel. The spring domain adapts a loop-helix-loop configuration with the helix running within and parallel to the membrane. The blade domain is composed of two cytoplasmic helices. In addition, we found that all the helices of the body and the spring domains are specifically associated with membrane lipids. Particularly, a lipid core, residing within a cavity formed by the two body and spring domains, contacts with the helices from the body and spring domains and extends to reach two symmetrically arranged lipid clusters. These results extremely imply that the membrane lipids coordinate with the membrane-embedded protein to sense and transduce the mechanic signal.

The phosphoprotein pp150 is a structurally, immunogenically, and regulatorily important capsid-associated tegument protein abundant in β-herpesviruses including cytomegaloviruses (CMV), but absent in α-herpesviruses and γ-herpesviruses. In human CMV (HCMV), bridging across each triplex and three adjacent major capsid proteins (MCPs) is a group of three pp150 subunits in a "Δ"-shaped fortifying configuration, 320 of which encase and stabilize the genome-containing capsid. Because murine CMV (MCMV) has been used as a model for HCMV pathogenesis and therapeutic studies, one might expect that pp150 and the capsid in MCMV and HCMV have similar structures. Here, by cryoEM and sub-particle reconstructions, we have obtained structures of MCMV capsid and pp150 at near atomic resolutions and built their atomic models. Surprisingly, the capsid-binding patterns of pp150 differ between HCMV and MCMV despite their highly similar capsid structures. In MCMV, pp150 is absent on triplex Tc and exists as a "Λ"-shaped dimer on other triplexes, leading to only 260 groups of two pp150 subunits per capsid in contrast to 320 groups of three pp150 subunits encasing each HCMV capsid. Many more amino acids contribute to pp150-pp150 interactions in MCMV than in HCMV, making MCMV pp150 dimer inflexible thus incompatible to instigate triplex Tc-binding as observed in HCMV. While pp150 is essential in HCMV, pp150-deleted MCMV mutants remained viable though with attenuated infectivity and exhibiting defects in retaining viral genome. These results support targeting capsid proteins, but invalidate targeting pp150, when using MCMV as a model for HCMV pathogenesis and therapeutic studies.

Arrestins comprise a family of signal regulators of G-protein-coupled receptors (GPCRs), which include arrestins 1 to 4. While arrestins 1 and 4 are visual arrestins dedicated to rhodopsin, arrestins 2 and 3 (Arr2 and Arr3) are β-arrestins known to regulate many nonvisual GPCRs. The dynamic and promiscuous coupling of Arr2 to nonvisual GPCRs has posed technical challenges to tackle the basis of arrestin binding to GPCRs. Here we report the structure of Arr2 in complex with neurotensin receptor 1 (NTSR1), which reveals an overall assembly that is strikingly different from the visual arrestin-rhodopsin complex by a 90° rotation of Arr2 relative to the receptor. In this new configuration, intracellular loop 3 (ICL3) and transmembrane helix 6 (TM6) of the receptor are oriented toward the N-terminal domain of the arrestin, making it possible for GPCRs that lack the C-terminal tail to couple Arr2 through their ICL3. Molecular dynamics simulation and crosslinking data further support the assembly of the Arr2‒NTSR1 complex. Sequence analysis and homology modeling suggest that the Arr2‒NTSR1 complex structure may provide an alternative template for modeling arrestin-GPCR interactions.