Neutrophil NETs may contribute to pathogenesis of rheumatoid arthritis.

The genome of the human immunodeficiency virus (HIV) is packaged within an unusual conical core particle located at the center of the infectious virion. The core is composed of a complex of the NC (nucleocapsid) protein and genomic RNA, surrounded by a shell of the CA (capsid) protein. A method was developed for assembling cones in vitro using pure recombinant HIV-1 CA-NC fusion proteins and RNA templates. These synthetic cores are capped at both ends and appear similar in size and morphology to authentic viral cores. It is proposed that both viral and synthetic cores are organized on conical hexagonal lattices, which by Euler's theorem requires quantization of their cone angles. Electron microscopic analyses revealed that the cone angles of synthetic cores were indeed quantized into the five allowed angles. The viral core and most synthetic cones exhibited cone angles of approximately 19 degrees (the narrowest of the allowed angles). These observations suggest that the core of HIV is organized on the principles of a fullerene cone, in analogy to structures recently observed for elemental carbon.

Summary Doublet microtubules (DMT) provide a scaffold for axoneme assembly in motile cilia. Aside from α/β tubulins, the DMT comprises a large number of non-tubulin proteins in the luminal wall of DMT, collectively named the microtubule inner proteins (MIPs). We used electron cryo-tomography to study axoneme DMT isolated from Tetrahymena thermophila . We present the structures of DMT at nanometer and sub-nanometer resolution. The structures confirm that MIP Rib72A/B binds to the luminal wall of the DMT by multiple DM10 domains, likely by recognizing the acetylated K40 residue of α-tubulin. We found Fap115, a MIP containing multiple EF-hand domains, located at the interface of four-tubulin dimers in the lumen of the A-tubule. It functions as a “molecular staple” stabilizing both lateral and longitudinal tubulin interfaces and playing a critical role in DMT stability. Defects caused by the depletion of Fap115 propagate along the axoneme due to extensive structural changes in the DMT at and beyond the Fap115 binding site. Finally, by comparing DMT structures from Tetrahymena and Chlamydomonas , we have identified a number of conserved MIPs as well as MIPs that are unique to each organism. This conservation and diversity of the DMT structures might be linked to their specific functions. Our work provides structural insights essential for understanding the roles of MIPs during motile cilium assembly and function, as well as their relationships to human ciliopathies.

Abstract Despite their great potential to facilitate rapid preparation of quite impure samples, affinity grids have not yet been widely employed in single particle cryo-EM. Here, we chemically functionalize graphene oxide coated grids and use a highly specific covalent affinity tag system. Importantly, our polyethylene glycol spacer keeps particles away from the air-water interface and graphene oxide surface, protecting them from denaturation or aggregation and permits high-resolution reconstructions of small particles.

Abstract Motile cilia and flagella are built from stable populations of doublet microtubules that comprise their axonemes. Their unique stability is brought about, at least in part, by a network of M icrotubule I nner P roteins (MIPs) found in the lumen of their doublet microtubules. Rib72A and Rib72B were identified as microtubule inner proteins (MIPs) in the motile cilia of Tetrahymena thermophila . Loss of these proteins leads to ciliary defects and loss of multiple MIPs. We performed mass spectrometry coupled with proteomic analysis and bioinformatics to identify the MIPs lost in RIB72A/B knockout (KO) Tetrahymena cells. From this analysis we identified a number of candidate MIPs and pursued one, Fap115, for functional characterization. We find that loss of Fap115 results in disrupted cell swimming and aberrant ciliary beating. Cryo-electron tomography reveals that Fap115 localizes to MIP6a in the A-tubule of the doublet microtubules. Overall, our results highlight the complex relationship between MIPs, ciliary structure, and ciliary function.

Spindle pole body (SPB) is the microtubule organizing center (MTOC) in yeast. It plays essential roles during many cellular processes, ranging from mitosis to karyogamy. Here, we used electron cryo-tomography (cryo-ET) and image processing to study SPB and its component purified from the budding yeast. The 3D images and models of SPB at various cell cycle stages were reconstructed by cryo-ET and were analyzed. The results reveal SPB as a cylindrical shaped structure composed of multiple layers. The central layers are arranged with a degree of crystalline order. By using subtomogram averaging methods, we studied the purified "sheet" from over-expressed Spc42p. Our analysis of the SPBs and its components provides new insights into the assembly of this organelle and its cellular function as an MTOC.

Centriole is an essential structure with multiple functions in cellular processes. Centriole biogenesis and homeostasis is tightly regulated. Using electron cryo-tomography (cryoET) we present the structure of procentrioles from Chlamydomonas reinhardtii. We identified a set of non-tubulin components attached to the triplet microtubule (MT), many are at the junctions of tubules likely to reinforce the triplet. We describe structure of the A-C linker that bridges neighboring triplets. We find that POC1 is an integral component of the A-C linker. Its conserved WD40 β-propeller domain provides sites for attachment to other A-C linker components. The twist of A-C linker results in an iris diaphragm-like motion of the triplets in the longitudinal direction of procentriole. Finally, we identified two assembly intermediates at the growing ends of procentriole allowing us to propose a model for the procentriole assembly. Our results provide a comprehensive structural framework for understanding the molecular mechanisms underpinning procentriole biogenesis and assembly.

Basal bodies (BBs) are conserved eukaryotic structures that organize motile and primary cilia. The BB is comprised of nine, cylindrically arranged, triplet microtubules (TMTs) that are connected to each other by inter-TMT linkages which maintain BB structure. During ciliary beating, forces transmitted to the BB must be resisted to prevent BB disassembly. Poc1 is a conserved BB protein important for BBs to resist ciliary forces. To understand how Poc1 confers BB stability, we identified the precise position of Poc1 binding in the Tetrahymena BB and the effect of Poc1 loss on BB structure. Poc1 binds at the TMT inner junctions, stabilizing TMTs directly. From this location, Poc1 also stabilizes inter-TMT linkages throughout the BB, including the cartwheel pinhead and the inner scaffold. Moreover, we identify a molecular response to ciliary forces via a molecular remodeling of the inner scaffold, as determined by differences in Fam161A localization. Thus, while not essential for BB assembly, Poc1 promotes BB interconnections that establish an architecture competent to resist ciliary forces.

Graphene oxide (GO) sheets have been used successfully as a supporting substrate film in several recent cryogenic electron-microscopy (cryo-EM) studies of challenging biological macromolecules. However, difficulties in preparing GO-covered holey carbon EM grids have limited its widespread use. Here, we report a simple and robust method for covering holey carbon EM grids with GO sheets and demonstrate that these grids are suitable for high-resolution single particle cryo-EM. GO substrates adhere macromolecules, allowing cryo-EM grid preparation with lower specimen concentrations and providing partial protection from the air-water interface. Additionally, the signal from images of the GO lattice beneath the frozen-hydrated specimen can be discerned in many motion-corrected micrographs, providing a high-resolution fiducial for evaluating beam-induced motion correction.