Kidney failure is frequently observed during and after COVID-19, but it remains elusive whether this is a direct effect of the virus. Here, we report that SARS-CoV-2 directly infects kidney cells and is associated with increased tubule-interstitial kidney fibrosis in patient autopsy samples. To study direct effects of the virus on the kidney independent of systemic effects of COVID-19, we infected human-induced pluripotent stem-cell-derived kidney organoids with SARS-CoV-2. Single-cell RNA sequencing indicated injury and dedifferentiation of infected cells with activation of profibrotic signaling pathways. Importantly, SARS-CoV-2 infection also led to increased collagen 1 protein expression in organoids. A SARS-CoV-2 protease inhibitor was able to ameliorate the infection of kidney cells by SARS-CoV-2. Our results suggest that SARS-CoV-2 can directly infect kidney cells and induce cell injury with subsequent fibrosis. These data could explain both acute kidney injury in COVID-19 patients and the development of chronic kidney disease in long COVID.

Abstract During the COVID-19 pandemic, structural biologists rushed to solve the structures of the 28 proteins encoded by the SARS-CoV-2 genome in order to understand the viral life cycle and enable structure-based drug design. In addition to the 204 previously solved structures from SARS-CoV-1, 548 structures covering 16 of the SARS-CoV-2 viral proteins have been released in a span of only 6 months. These structural models serve as the basis for research to understand how the virus hijacks human cells, for structure-based drug design, and to aid in the development of vaccines. However, errors often occur in even the most careful structure determination - and may be even more common among these structures, which were solved quickly and under immense pressure. The Coronavirus Structural Task Force has responded to this challenge by rapidly categorizing, evaluating and reviewing all of these experimental protein structures in order to help downstream users and original authors. In addition, the Task Force provided improved models for key structures online, which have been used by Folding@Home, OpenPandemics, the EU JEDI COVID-19 challenge and others.

Abstract In macromolecular crystallography radiation damage limits the amount of data that can be collected from a single crystal. It is often necessary to merge data sets from multiple crystals, for example small-wedge data collections on micro-crystals, in situ room-temperature data collections, and collection from membrane proteins in lipidic mesophase. Whilst indexing and integration of individual data sets may be relatively straightforward with existing software, merging multiple data sets from small wedges presents new challenges. Identification of a consensus symmetry can be problematic, particularly in the presence of a potential indexing ambiguity. Furthermore, the presence of non-isomorphous or poor-quality data sets may reduce the overall quality of the final merged data set. To facilitate and help optimise the scaling and merging of multiple data sets, we developed a new program, xia2.multiplex , which takes data sets individually integrated with DIALS and performs symmetry analysis, scaling and merging of multicrystal data sets. xia2.multiplex also performs analysis of various pathologies that typically affect multi-crystal data sets, including non-isomorphism, radiation damage and preferential orientation. After describing a number of use cases, we demonstrate the benefit of xia2.multiplex within a wider autoprocessing framework in facilitating a multi-crystal experiment collected as part of in situ room-temperature fragment screening experiments on the SARS-CoV-2 main protease.

Copper nitrite reductases (CuNiRs) exhibit a strong pH dependence of their catalytic activity. Structural movies can be obtained by serially recording multiple structures (frames) from the same spot of a crystal using the MSOX serial crystallography approach. This method has been combined with on-line single crystal optical spectroscopy to capture the pH-dependent structural changes that accompany during turnover of CuNiRs from two Rhizobia species. The structural movies, initiated by the redox activation of a type-1 copper site (T1Cu) via X-ray generated photoelectrons, have been obtained for the substrate-free and substrate-bound states at low (high enzymatic activity) and high (low enzymatic activity) pH. At low pH, formation of the product nitric oxide (NO) is complete at the catalytic type-2 copper site (T2Cu) after a dose of 3 MGy (frame 5) with full bleaching of the T1Cu ligand-to-metal charge transfer (LMCT) 455 nm band (S(σ)Cys → T1Cu2+) which in itself indicates the electronic route of proton-coupled electron transfer (PCET) from T1Cu to T2Cu. In contrast at high pH, the changes in optical spectra are relatively small and the formation of NO is only observed in later frames (frame 15 in Br2DNiR, 10 MGy), consistent with the loss of PCET required for catalysis. This is accompanied by decarboxylation of the catalytic AspCAT residue, with CO2 trapped in the catalytic pocket.

1 Abstract Human gamma-D crystallin (HGD) is the major constituent of the eye lens. Aggregation of HGD contributes to cataract formation, the leading cause of blindness worldwide. It is unique in its longevity, maintaining its folded and soluble state for 50-60 years. One outstanding question is the structural basis of this longevity despite oxidative aging and environmental stressors including ultraviolet radiation (UV). Here we present crystallographic structures evidencing a UV-induced crystallin redox switch mechanism. The room-temperature serial synchrotron crystallographic (SSX) structure of freshly prepared crystallin shows no post-translational modifications. After aging for nine months in the absence of light, a covalently bound reducing agent modifying surface cysteines is observed for the first time by low-dose SSX. This is shown to be UV-labile in an acutely light-exposed structure. This suggests a mechanism by which a major source of crystallin damage, UV, may also act as a rescuing factor in a finely balanced redox system.

ABSTRACT Cupredoxins are widely occurring copper-binding proteins with a typical Greek-key beta barrel fold. They are generally described as electron carriers that rely on a T1 copper center coordinated by four ligands provided by the folded polypeptide. The discovery of novel cupredoxins demonstrates the high diversity of this family, with variations in term of copper-binding ligands, copper center geometry, redox potential, as well as biological function. AcoP is a periplasmic protein belonging to the iron respiratory chain of the acidophilic bacterium Acidithiobacillus ferrooxidans . AcoP presents original features: highly resistant to acidic pH, it possesses a constrained green-type copper center of high redox potential. To understand the unique properties of AcoP, we undertook structural and biophysical characterization of wild-type AcoP and of two Cu-ligand mutants (H166A and M171A). The crystallographic structure of AcoP at 1.65 Å resolution unveils a typical cupredoxin fold with extended loops, never observed in previously characterized cupredoxins, that might be involved in the interaction of AcoP with its physiological partners. Moreover, the structure shows that the green color of AcoP cannot be attributed to nonclassical copper ligands, its green-colored copper center raising from a long Cu-S (Cys) bond, determined by both X-ray diffraction and EXAFS. The crystal structures of two AcoP mutants confirm that the active center of AcoP is highly constrained. Comparative analysis with other cupredoxins of known structures, suggests that in AcoP the second coordination sphere might be an important determinant of active center rigidity due to the presence of an extensive hydrogen bond network.

We present millisecond quantitative serial X-ray crystallography at 1.7 Å resolution demonstrating precise optical control of reversible population transfer from Trans–Cis and Cis–Trans photoisomerization of a reversibly switchable fluorescent protein, rsKiiro. Quantitative results from the analysis of electron density differences, extrapolated structure factors, and occupancy refinements are shown to correspond to optical measurements of photoinduced population transfer and have sensitivity to a few percent in concentration differences. Millisecond time-resolved concentration differences are precisely and reversibly controlled through intense continuous wave laser illuminations at 405 and 473 nm for the Trans-to-Cis and Cis-to-Trans reactions, respectively, while the X-ray crystallographic measurement and laser illumination of the metastable Trans chromophore conformation causes partial thermally driven reconversion across a 91.5 kJ/mol thermal barrier from which a temperature jump between 112 and 128 K is extracted.