The COVID-19 pandemic, caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), is a grave threat to public health and the global economy. SARS-CoV-2 is closely related to the more lethal but less transmissible coronaviruses SARS-CoV-1 and Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV). Here, we have carried out comparative viral-human protein-protein interaction and viral protein localization analyses for all three viruses. Subsequent functional genetic screening identified host factors that functionally impinge on coronavirus proliferation, including Tom70, a mitochondrial chaperone protein that interacts with both SARS-CoV-1 and SARS-CoV-2 ORF9b, an interaction we structurally characterized using cryo-electron microscopy. Combining genetically validated host factors with both COVID-19 patient genetic data and medical billing records identified molecular mechanisms and potential drug treatments that merit further molecular and clinical study.

Nanobodies that neutralize Monoclonal antibodies that bind to the spike protein of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) show therapeutic promise but must be produced in mammalian cells and need to be delivered intravenously. By contrast, single-domain antibodies called nanobodies can be produced in bacteria or yeast, and their stability may enable aerosol delivery. Two papers now report nanobodies that bind tightly to spike and efficiently neutralize SARS-CoV-2 in cells. Schoof et al. screened a yeast surface display of synthetic nanobodies and Xiang et al. screened anti-spike nanobodies produced by a llama. Both groups identified highly potent nanobodies that lock the spike protein in an inactive conformation. Multivalent constructs of selected nanobodies achieved even more potent neutralization. Science , this issue p. 1473 , p. 1479

Abstract Epsl5-homology domain containing protein 2 (EHD2) is a dynamin-related ATPase located at the neck of caveolae, but its physiological function has remained unclear. Here, we found that global genetic ablation of EHD2 in mice led to increased fat accumulation. This organismic phenotype was paralleled at the cellular level by increased lipid uptake via a caveolae-, dynamin- and CD36-dependent pathway, an elevated number of detached caveolae and higher caveolar mobility. Furthermore, EHD2 expression itself was down-regulated in the visceral fat of two obese mouse models and obese patients. Our data suggest that EHD2 controls a cell-autonomous, caveolae-dependent lipid uptake pathway and suggest that low EHD2 expression levels are linked to obesity.

Abstract Dynamin-related Eps15-homology domain containing proteins (EHDs) oligomerize on membrane surfaces into filaments leading to membrane remodeling. EHD crystal structures in an open and a closed conformation were previously reported, but structural information on the membrane-bound EHD oligomeric structure has remained enigmatic. Consequently, mechanistic insight into EHD-mediated membrane remodeling is lacking. Here, by using cryo-electron tomography and subtomogram averaging, we determined the structure of an EHD4 filament on a tubular membrane template at an average resolution of 7.6 Å. Assembly of EHD4 is mediated via interfaces in the G-domain and the helical domain. The oligomerized EHD4 structure resembles the closed conformation, where the tips of the helical domains protrude into the membrane. The variation in filament geometry and tube radius suggests the AMPPNP-bound filament has a spontaneous curvature of approximately 1/70 nm -1 . Combining the available structural and functional data, we propose a model of EHD-mediated membrane remodeling.

Abstract Chlorophyll (Chl) biosynthesis, crucial to life on Earth, is tightly regulated because its precursors are phototoxic 1 . In flowering plants, the enzyme Light-dependent Protochlorophyllide OxidoReductase (LPOR) captures photons to catalyze the penultimate reaction: the reduction of a double-bond within protochlorophyllide (Pchlide) to generate chlorophyllide (Chlide) 2,3 . In darkness, LPOR oligomerizes to facilitate photon energy transfer and catalysis 4,5 . However, the complete 3D structure of LPOR, the higher-order architecture of LPOR oligomers, and the implications of these self-assembled states for catalysis, including how LPOR positions Pchlide and the cofactor NADPH, remain unknown. Here we report the atomic structure of LPOR assemblies by electron cryo-microscopy (cryoEM). LPOR polymerizes with its substrates into helical filaments around constricted lipid bilayer tubes. Portions of LPOR and Pchlide insert into the outer membrane leaflet, targeting the product, Chlide, to the membrane for the final reaction site of chlorophyll biosynthesis. In addition to its crucial photocatalytic role, we show that in darkness LPOR filaments directly shape membranes into high-curvature tubules with the spectral properties of the prolammelar body, whose light-triggered disassembly provides lipids for thylakoid assembly. Our structure of the catalytic site, moreover, challenges previously proposed reaction mechanisms 6 . Together, our results reveal a new and unexpected synergy between photosynthetic membrane biogenesis and chlorophyll synthesis in plants orchestrated by LPOR.

Multiple system atrophy (MSA) is a synucleinopathy, a group of related diseases characterized by the accumulation of α-synuclein aggregates in the brain. In MSA, these aggregates form glial cytoplasmic inclusions, which contain abundant cross-β amyloid filaments. Structures of α-synuclein filaments isolated from MSA patient tissue were determined by cryo—electron microscopy (cryo-EM), revealing three discrete folds that are distinct from α-synuclein filaments associated with other synucleinopathies. Here, we use cryo-EM classification methods to characterize filaments from one individual with MSA and identify a novel, low-populated MSA filament fold (designated Type I2) in addition to a predominant class comprising MSA Type II2. The 3.3-Å resolution structure of the Type I2 filament reveals a fold consisting of two asymmetric protofilaments. One is identical to a previously solved Type I protofilament, while the second adopts a novel fold that is chimeric between two previously reported Type I and II protofilaments. These results further define disease-specific folds of α-synuclein filaments that develop in MSA and have implications for the design of therapeutic and diagnostic molecules that target disease.