Another host factor for SARS-CoV-2 Virus-host interactions determine cellular entry and spreading in tissues. Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and the earlier SARS-CoV use angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) as a receptor; however, their tissue tropism differs, raising the possibility that additional host factors are involved. The spike protein of SARS-CoV-2 contains a cleavage site for the protease furin that is absent from SARS-CoV (see the Perspective by Kielian). Cantuti-Castelvetri et al. now show that neuropilin-1 (NRP1), which is known to bind furin-cleaved substrates, potentiates SARS-CoV-2 infectivity. NRP1 is abundantly expressed in the respiratory and olfactory epithelium, with highest expression in endothelial and epithelial cells. Daly et al. found that the furin-cleaved S1 fragment of the spike protein binds directly to cell surface NRP1 and blocking this interaction with a small-molecule inhibitor or monoclonal antibodies reduced viral infection in cell culture. Understanding the role of NRP1 in SARS-CoV-2 infection may suggest potential targets for future antiviral therapeutics. Science , this issue p. 856 , p. 861 ; see also p. 765

The emergence of the multitude of modified techniques for neck dissection procedure has resulted in a nomenclature system that is nonuniform. To eliminate potential misinterpretation, overlap, and lack of standardization, the Academy's Committee for Head and Neck Surgery and Oncology, with input from the Education Committee of the American Society of Head and Neck Surgery, has developed a classification system for these procedures. This has now been adopted by the American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery. The classification is based on the following concepts: (1) radical neck dissection is the fundamental procedure with which all other neck dissections are compared, (2) modified radical neck dissection denotes preservation of one or more nonlymphatic structure(s), (3) selective neck dissection denotes preservation of one or more group(s) of lymph nodes, and (4) extended radical neck dissection denotes removal of one or more additional lymphatic and/or nonlymphatic structure(s). Adherence to the principles of this classification system to describe neck dissection techniques should provide an improved method of communication. Furthermore, the system provides a rational framework on which subsequent terminology can be added.

From Coils to Cages Self-assembly strategies that mimic protein assembly, such as the formation of viral coats, often begin with simpler peptide assemblies. Fletcher et al. (p. 595 , published online 11 April; see the Perspective by Ardejani and Orner ) designed two coiled-coil peptide motifs, a heterodimer, and a homotrimer. Both peptides contained cysteine residues and could link through disulfide bonds, so that the trimer could form the vertices of a hexagonal network and the dimer its edges. However, these components are flexible and, rather than form extended sheets, they closed to form particles ∼100 nanometers in diameter.

Changeux et al. recently suggested that the SARS-CoV-2 spike (S) protein may interact with nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs). Such interactions may be involved in pathology and infectivity. Here, we use molecular simulations of validated atomically detailed structures of nAChRs, and of the S protein, to investigate this 'nicotinic hypothesis'. We examine the binding of the Y674-R685 loop of the S protein to three nAChRs, namely the human α4β2 and α7 subtypes and the muscle-like αβγδ receptor from Tetronarce californica. Our results indicate that Y674-R685 has affinity for nAChRs and the region responsible for binding contains the PRRA motif, a four-residue insertion not found in other SARS-like coronaviruses. In particular, R682 has a key role in the stabilisation of the complexes as it forms interactions with loops A, B and C in the receptor's binding pocket. The conformational behaviour of the bound Y674-R685 region is highly dependent on the receptor subtype, adopting extended conformations in the α4β2 and α7 complexes and more compact ones when bound to the muscle-like receptor. In the α4β2 and αβγδ complexes, the interaction of Y674-R685 with the receptors forces the loop C region to adopt an open conformation similar to other known nAChR antagonists. In contrast, in the α7 complex, Y674-R685 penetrates deeply into the binding pocket where it forms interactions with the residues lining the aromatic box, namely with TrpB, TyrC1 and TyrC2. Estimates of binding energy suggest that Y674-R685 forms stable complexes with all three nAChR subtypes. Analyses of the simulations of the full-length S protein show that the Y674-R685 region is accessible for binding, and suggest a potential binding orientation of the S protein with nAChRs.

Abstract Overdose deaths from synthetic opioids, such as fentanyl, have reached epidemic proportions in the USA and are increasing worldwide. Fentanyl is a potent opioid agonist, that is less well reversed by naloxone than morphine. Due to fentanyl’s high lipophilicity and elongated structure we hypothesised that its unusual pharmacology may be explained by a novel binding mode to the μ-opioid receptor (MOPr). By employing coarse-grained molecular dynamics simulations and free energy calculations, we determined the routes by which fentanyl and morphine access the orthosteric pocket of MOPr. Morphine accesses MOPr via the aqueous pathway; first binding to an extracellular vestibule, then diffusing into the orthosteric pocket. In contrast, fentanyl takes a novel route; first partitioning into the membrane, before accessing the orthosteric site by diffusing through a ligand-induced gap between the transmembrane helices. This novel lipophilic route may explain the high potency and lower susceptibility of fentanyl to reversal by naloxone.

Abstract Despite decades of study, the structural mechanisms underpinning agonist efficacy in pentameric ligand-gated ion channels remain poorly understood. Here, a combination of extensive equilibrium and dynamical-nonequilibrium molecular dynamics simulations was used to obtain a detailed description of the structural and dynamic changes induced within the human α4β2 nicotinic acetylcholine receptor by a full and a partial agonist, namely acetylcholine and nicotine, and map how these rearrangements propagate within this receptor. These simulations reveal how the agonists modulate the patterns associated with intra and inter-domain communication and the evolution of the agonist-specific structural rearrangements. For the first time, we show that full and partial agonists, although generally using similar routes for through-receptor signal transmission, induce different amplitudes of conformational rearrangements in key functional motifs, thus impacting the rates of signal propagation within the protein. The largest agonist-induced conformational differences are located in the Cys loop, loops C and α1-β1 in the α4 subunit, loops F and β1-β2 in the β2 subunit and in the extracellular selectivity filter.

The main protease (M pro ) of SARS-CoV-2 is central to its viral lifecycle and is a promising drug target, but little is known concerning structural aspects of how it binds to its 11 natural cleavage sites. We used biophysical and crystallographic data and an array of classical molecular mechanics and quantum mechanical techniques, including automated docking, molecular dynamics (MD) simulations, linear-scaling DFT, QM/MM, and interactive MD in virtual reality, to investigate the molecular features underlying recognition of the natural M pro substrates. Analyses of the subsite interactions of modelled 11-residue cleavage site peptides, ligands from high-throughput crystallography, and designed covalently binding inhibitors were performed. Modelling studies reveal remarkable conservation of hydrogen bonding patterns of the natural M pro substrates, particularly on the N-terminal side of the scissile bond. They highlight the critical role of interactions beyond the immediate active site in recognition and catalysis, in particular at the P2/S2 sites. The binding modes of the natural substrates, together with extensive interaction analyses of inhibitor and fragment binding to M pro , reveal new opportunities for inhibition. Building on our initial M pro -substrate models, computational mutagenesis scanning was employed to design peptides with improved affinity and which inhibit M pro competitively. The combined results provide new insight useful for the development of M pro inhibitors.

Abstract ETV6 is an ETS family transcriptional repressor for which head-to-tail polymerization of its PNT domain facilitates cooperative binding to DNA by its ETS domain. Chromosomal translocations frequently fuse the ETV6 PNT domain to one of several protein tyrosine kinases. The resulting chimeric oncoproteins undergo ligand-independent self-association, autophosphorylation, and aberrant stimulation of downstream signaling pathways leading to a variety of cancers. Currently, no small molecules inhibitors of ETV6 PNT domain polymerization are known and no assays targeting PNT domain polymerization have been described. In this study, we developed complementary experimental and computational approaches for identifying such inhibitory compounds. One mammalian cellular approach utilized a mutant PNT domain heterodimer system covalently attached to split Gaussia luciferase fragments. In this protein fragment complementation assay, inhibition of PNT domain heterodimerization reduces luminescence. A yeast assay took advantage of activation of the reporter HIS3 gene upon heterodimerization of mutant PNT domains fused to DNA-binding and transactivation domains. In this two-hybrid screen, inhibition of PNT domain heterodimerization prevents cell growth in medium lacking histidine. The Bristol University Docking Engine (BUDE) was used to identify virtual ligands from the ZINC8 library predicted to bind the PNT domain polymerization interfaces. Over 75 hits from these three assays were tested by NMR spectroscopy for binding to the purified ETV6 PNT domain. Although none were found to bind, lessons learned from this study may facilitate future approaches for developing therapeutics that act against ETV6 oncoproteins by disrupting PNT domain polymerization.

Abstract Targeting the colchicine binding site of α/β tubulin microtubules can lead to suppression of microtubule dynamics, cell cycle arrest and apoptosis. Therefore, the development of microtubule (MT) inhibitors is considered a promising route to anticancer agents. Our approach to identify novel scaffolds as MT inhibitors depends on a 3D-structure-based pharmacophore approach and docking using three programs MOE, Autodock and BUDE (Bristol University Docking Engine) to screen a library of virtual compounds. From this work we identified the compound 7-(3-Hydroxy-4-methoxy-phenyl)-3-(3-trifluoromethyl-phenyl)-6,7-dihydro-3H-imidazo[4,5-b] pyridin-5-ol ( 6 ) as a novel inhibitor scaffold. This compound inhibited several types of cancer cell proliferation at low micromolar concentrations with low toxicity. Compound 6 caused cell cycle arrest in the G2/M phase and blocked tubulin polymerization at low micromolar concentration (IC 50 = 6.1 ±0.1 μM), inducing apoptosis via activation of caspase 9, increasing the level of the pro-apoptotic protein Bax and decreasing the level of the anti-apoptotic protein Bcl2. In summary, our approach identified a lead compound with potential antimitotic and antiproliferative activity.

Protein tyrosine nitration is a hallmark of oxidative stress related disease states, commonly detected as anti-nitrotyrosine immunoreactivity. The precise reactive oxygen sources, mechanisms of nitration as well as the modified target proteins and functional consequences, however, remain often unclear. Here we explore protein tyrosine nitration under basal conditions and find surprisingly physiologically nitrated proteins. Upon purifying a prominent physiologically nitrotyrosine immunopositive in hearts from mouse, rat and pig, we identify it as lactate dehydrogenase (LDH). Mechanistically, LDH's degree of basal nitration depended on two canonical sources, NO synthase (NOS) and myeloperoxidase (MPO), respectively. When validating the nitrated amino acid by MALDI-TOF mass spectrometry, we, surprisingly, located LDH nitration not to a tyrosine but the C-terminal tryptophan, Trp324. Molecular dynamics simulations suggested that Trp324 nitration restricts the interaction of the active site loop with the C-terminal a-helix essential for activity. This prediction was confirmed by enzyme kinetics revealing an apparent lower Vmax of nitrated LDH, although yet unidentified concurrent oxidative modifications may contribute. Protein nitration is, thus, not a by definition disease marker but reflects also physiological signaling by eNOS/NO, MPO/nitrite and possibly other pathways. The commonly used assay of anti-nitrotyrosine immunoreactivity is apparently cross-reactive to nitrotryptophan requiring a reevaluation of the protein nitration literature. In the case of LDH, nitration of Trp324 is aggravated under cardiac metabolic stress conditions and functionally limits maximal enzyme activity. Trp324-nitrated LDH may serve both as a previously not recognized disease biomarker and possibly mechanistic lead to understand the metabolic changes under these conditions.