Abstract Bioactive peptides are key molecules in health and medicine. Deep learning holds a big promise for the discovery and design of bioactive peptides. Yet, suitable experimental approaches are required to validate candidates in high throughput and at low cost. Here, we established a cell- free protein synthesis (CFPS) pipeline for the rapid and inexpensive production of antimicrobial peptides (AMPs) directly from DNA templates. To validate our platform, we used deep learning to design thousands of AMPs de novo. Using computational methods, we prioritized 500 candidates that we produced and screened with our CFPS pipeline. We identified 30 functional AMPs, which we characterized further through molecular dynamics simulations, antimicrobial activity and toxicity. Notably, six de novo-AMPs feature broad-spectrum activity against multidrug-resistant pathogens and do not develop bacterial resistance. Our work demonstrates the potential of CFPS for production and testing of bioactive peptides within less than 24 hours and <10$ per screen.

Abstract The evolutionarily conserved histone variant H2A.Z plays a crucial role in various DNA-based processes but the underlying mechanisms by which it acts are not completely understood. Recently, we identified the zinc finger protein ZNF512B as an H2A.Z-, HMG20A- and PWWP2A-associated protein. Here, we report that ZNF512B binds the nucleosome remodeling and deacetylase (NuRD) complex. We discover a conserved amino acid sequence within ZNF512B that resembles the NuRD-interaction motif (NIM) previously identified in FOG-1 and other transcriptional regulators. By solving the crystal structure of this motif bound to the NuRD component RBBP4 and by applying several biochemical assays we demonstrate that this internal NIM is both necessary and sufficient for robust NuRD binding. Transcriptome analyses and reporter assays identify ZNF512B as a repressor of gene expression that can act in both NuRD-dependent and -independent ways. Surprisingly, high levels of ZNF512B expression lead to nuclear protein and chromatin aggregation foci that form independent of the interaction with the NuRD complex but depend on the zinc finger domains of ZNF512B. Our study has implications for diseases in which ZNF512B expression is deregulated, such as cancer and neurodegenerative diseases, and hint at the existence of more proteins as potential NuRD interactors.

Abstract Inhibition of protein-protein interactions (PPIs) via designed peptides is an effective strategy to interfere with their biological functions. The Elongin BC heterodimer (ELOB/C) is involved in transcription elongation and protein turnover by PPIs that involve the so-called BC-box. ELOB and ELOC are commonly upregulated in cancer and essential for cancer cell growth, making them attractive drug targets. However, no strategy has been established to inhibit their functions in cells, so far. Here, we report a peptide that mimics a high-affinity BC-box and tightly binds to the ELOB/C dimer ( k D = 0.45 ± 0.03 nM). Our peptide blocks the association of ELOB/C with its interaction partners, both in vitro and in the cellular environment. Cancer cells treated with this peptide inhibitor show decreased cell viability, altered cell cycle and increased apoptosis. Therefore, our work proposes that blocking the BC-box binding pocket of ELOB/C is a feasible strategy to impair the function of the ELOB/C heterodimer and inhibit cancer cell growth. Our peptide inhibitor promises novel mechanistic insights into the biological function of the ELOB/C dimer and offers a starting point for therapeutics linked to ELOB/C dysfunction.