Abstract Neutralizing antibodies (NAbs) can prevent and treat infections caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). However, continuously emerging variants, such as Omicron, have significantly reduced the potency of most known NAbs. The selection of NAbs with broad neutralizing activities and the identification of conserved critical epitopes are still urgently needed. Here, we identified an extremely potent antibody (55A8) by single B-cell sorting from convalescent SARS-CoV-2-infected patients that recognized the receptor-binding domain (RBD) in the SARS-CoV-2 spike (S) protein. 55A8 could bind to wild-type SARS-CoV-2, Omicron BA.1 and Omicron BA.2 simultaneously with 58G6, a NAb previously identified by our group. Importantly, an antibody cocktail containing 55A8 and 58G6 (2-cocktail) showed synergetic neutralizing activity with a half-maximal inhibitory concentration (IC 50 ) in the picomolar range in vitro and prophylactic efficacy in hamsters challenged with Omicron (BA.1) through intranasal delivery at an extraordinarily low dosage (25 μg of each antibody daily) at 3 days post-infection. Structural analysis by cryo-electron microscopy (cryo-EM) revealed that 55A8 is a Class III NAb that recognizes a highly conserved epitope. It could block angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) binding to the RBD in the S protein trimer via steric hindrance. The epitopes in the RBD recognized by 55A8 and 58G6 were found to be different and complementary, which could explain the synergetic mechanism of these two NAbs. Our findings not only provide a potential antibody cocktail for clinical use against infection with current SARS-CoV-2 strains and future variants but also identify critical epitope information for the development of better antiviral agents.

Abstract The current monkeypox outbreak has caused over 64,000 global cases, but the effective treatments are very limited. The dual specific phosphatase (H1) from monkeypox antagonizes the immune response and is crucial for viral replication, making it an attractive antiviral target. Here we determined a 1.8-Å crystal structure of H1, which forms a domain swapped dimer resembling a butterfly. Each active site, which consists of a Cys-Arg-Asp triad, captures a phosphate ion. The observed conformation mimics the final step of catalysis prior to product release. The crystal structure provides a strong foundation for the discovery of new antivirals against this emerging worldwide pathogen.

Abstract Accumulating mutations in the SARS-CoV-2 Spike (S) protein can increase the possibility of immune escape, challenging the present COVID-19 prophylaxis and clinical interventions. Here, 3 receptor binding domain (RBD) specific monoclonal antibodies (mAbs), 58G6, 510A5 and 13G9, with high neutralizing potency blocking authentic SARS-CoV-2 virus displayed remarkable efficacy against authentic B.1.351 virus. Each of these 3 mAbs in combination with one neutralizing Ab recognizing non-competing epitope exhibited synergistic effect against authentic SARS-CoV-2 virus. Surprisingly, structural analysis revealed that 58G6 and 13G9, encoded by the IGHV1-58 and the IGKV3-20 germline genes, both recognized the steric region S 470-495 on the RBD, overlapping the E484K mutation presented in B.1.351. Also, 58G6 directly bound to another region S 450-458 in the RBD. Significantly, 58G6 and 510A5 both demonstrated prophylactic efficacy against authentic SARS-CoV-2 and B.1.351 viruses in the transgenic mice expressing human ACE2 (hACE2), protecting weight loss and reducing virus loads. These 2 ultrapotent neutralizing Abs can be promising candidates to fulfill the urgent needs for the prolonged COVID-19 pandemic.

Human SAMHD1 (hSAMHD1) is a retroviral restriction factor that blocks HIV-1 infection by depleting the cellular nucleotides required for viral reverse transcription. SAMHD1 is allosterically activated by nucleotides that induce assembly of the active tetramer. Although the catalytic core of hSAMHD1 has been studied extensively, previous structures have not captured the regulatory SAM domain. In this study, we determined the first crystal structure of full-length SAMHD1 by capturing mouse SAMHD1 (mSAMHD1) structures in three different nucleotide bound states. Although mSAMHD1 and hSAMHD1 are highly similar in sequence and function, we found that mSAMHD1 possesses a more complex nucleotide-induced activation process, highlighting the regulatory role of the SAM domain. Our results provide new insights into the regulation of SAMHD1 activity, thereby will facilitate the improvement of HIV mouse models and the development of new therapies for certain cancers and autoimmune diseases.

Anthriscus sylvestris (L.) Hoffm has a long history of use for anti-aging, although the anti-aging properties of its decoction ingredients have been seldom explored. This study marks the first detailed examination of the in vivo anti-aging activity of A. sylvestris roots polysaccharide (AP). Structural analyses revealed that AP is a neutral heteropolysaccharide with an average molecular weight (Mw) of 34.17 kDa, comprising glucose, xylose, galactose, mannose, and arabinose, with a backbone primarily of 1,4-α-D-Glc and minor branching at 1,4,6-α-D-Man. Its advanced structure is characterized by stable triple-helical chains and nanoscale agglomerated spherical particles. Using a D-gal-induced aging mouse model, further investigation showed that AP boosts the activity of various antioxidant enzymes via the Nrf2/HO-1/NQO1 signaling pathway. Aging-related immune decline was also mitigated by an increase in lymphocyte production in thymus. Moreover, AP reduced inflammation and downregulated aging genes p53 and p21 in hippocampus and liver tissues, enhanced the cholinergic system, and improved liver functions and lipid metabolism. The collective impact of these mechanisms underscores the robust anti-aging properties of AP. These findings highlight the anti-aging and immunomodulatory potential of A. sylvestris polysaccharide, broadening the understanding of its active components.

Abstract Cytoplasmic polyhedrosis viruses (CPVs), like other members of the order Reovirales, produce viroplasms, hubs of viral assembly that shield them from host immunity. Our study investigates the potential role of NSP9, a nucleic acid-binding non-structural protein encoded by CPVs, in viroplasm biogenesis. We determined the crystal structure of the NSP9 core (NSP9ΔC), which shows a dimeric organization topologically similar to the P9-1 homodimers of plant reoviruses. The disordered C-terminal region of NSP9 facilitates oligomerization but is dispensable for nucleic acid binding. NSP9 robustly binds to single- and double-stranded nucleic acids, regardless of RNA or DNA origin. Mutagenesis studies further confirmed that the dimeric form of NSP9 is critical for nucleic acid binding due to positively charged residues that form a tunnel during homodimerization. Gel migration assays reveal a unique nucleic acid binding pattern, with the sequential appearance of two distinct complexes dependent on protein concentration. The similar gel migration pattern shared by NSP9 and rotavirus NSP3, coupled with its structural resemblance to P9-1, hints at a potential role in translational regulation or viral genome packaging, which may be linked to viroplasm. This study advances our understanding of viroplasm biogenesis and Reovirales replication, providing insights into potential antiviral drug targets.

Abstract Aims Junctophilin-2 is required for the development, maturation and integrity of the t-tubule system and the gating stability of RyR2 in cardiomyocytes. This study investigated whether and how junctophilin-2 maintained junctin, a scaffold protein stabilizing RyR2, to prevent cardiomyocyte death under stress. Methods Cardiomyocytes were exposed to conditions of stress including palmitate, doxorubicin, or hypoxia/re-oxygenation. Adenoviral vectors were employed to manipulate expression of junctophilin-2 and junctin in cardiomyocytes. Molecular/cellular/biochemical analyses were conducted. Results Different conditions of stress decreased junctophilin-2 expression through aberrant autophagy and concomitantly induced a reduction of junctin protein in cardiomyocytes. Over-expression of junctophilin-2 preserved the protein levels of junctin and attenuated cytosolic Ca 2+ and apoptosis in cardiomyocytes under stress. Knockdown of junctophilin-2 reproduced the detrimental phenotypes of stress in cardiomyocytes. Notably, over-expression of junctin prevented cardiomyocyte death under stress whereas knockdown of junctin offset the protective effects conferred by junctophilin-2 over-expression. Mechanistically, junctophilin-2 blocked MURF1-junctin interaction thereby preventing junctin ubiquitination and proteasome-dependent degradation. Mass spectrometry analysis identified multiple ubiquitination sites on the junctin protein and the non-ubiquitinated junctin mutant (K8A/K102A/K107A/K140A) was resistant to degradation. Conclusions This study uncovers an unrecognized role of junctophilin-2 in preventing junctin ubiquitination and degradation in maintaining cytosolic Ca 2+ homeostasis. Both junctophilin-2 and junctin represent two new survival factors of cardiomyocytes and thus, may be new therapeutic targets for cardiac protection.

Abstract The mammalian SID-1 transmembrane family members, SIDT1 and SIDT2, are multi-pass transmembrane proteins that mediate the cellular uptake and intracellular trafficking of nucleic acids, playing important roles in the immune response and tumorigenesis. Previous work has suggested that human SIDT1 and SIDT2 are N -glycosylated, but the precise site-specific N -glycosylation information and its functional contribution remain unclear. In this study, we employ high-resolution liquid chromatography tandem mass spectrometry to comprehensively map the N -glycosites and quantify the N -glycosylation profiles of SIDT1 and SIDT2. Further molecular mechanistic probing elucidates the essential role of N -linked glycans in regulating cell surface expression, RNA binding, protein stability, and RNA uptake of SIDT1. Our results provide crucial information about the potential functional impact of N -glycosylation in the regulation of SIDT1-mediated RNA uptake and provide insights into the molecular mechanisms of this promising nucleic acid delivery system, with potential implications for therapeutic applications.

Abstract Human SIDT1 and SIDT2 are closely related members of the systemic RNA interference (RNAi)-defective (SID-1) transmembrane family. Both mediate RNA internalization and intracellular transport and are involved in various biological processes. However, the molecular basis of RNA uptake, especially for exogenous small RNAs, remains elusive. Here, we present the cryo-electron microscopy (cryo-EM) structures of human SIDT1 and SIDT2. Both structures reveal the overall architecture of a dimeric arrangement contributed by the β-strand-rich extracellular domain (ECD) and the transmembrane domain (TMD) with 11 passes, highlighting the remarkable structural congruence. The in situ assays confirm that SIDT1 and SIDT2 exist as dimers or higher-order oligomers. We demonstrate that for both SIDT1 and SIDT2, the ECD binds small RNAs, such as dietary plant-derived miRNA, only under acidic conditions. In addition, RNA binding under low pH can trigger higher-order assembly of the ECD dimer, suggesting the potential importance of oligomerization during RNA uptake. Our results illustrate the molecular features of the conserved SID-1 family proteins to elucidate the mechanism of the low pH-dependent activation of RNA uptake mediated by SIDT1 and SIDT2. This study provides a promising understanding of the molecular basis of the nucleic acid delivery platform, which may potentially open new avenues for the design and optimization of RNA-based therapies.