SARS-CoV-2 Spike harbors glycans which function as ligands for lectins. Therefore, it should be possible to exploit lectins to target SARS-CoV-2 and inhibit cellular entry by binding glycans on the Spike protein. Burkholderia oklahomensis agglutinin (BOA) is an antiviral lectin that interacts with viral glycoproteins via N-linked high mannose glycans. Here, we show that BOA binds to the Spike protein and is a potent inhibitor of SARS-CoV-2 viral entry at nanomolar concentrations. Using a variety of biophysical tools, we demonstrate that the interaction is avidity driven and that BOA crosslinks the Spike protein into soluble aggregates. Furthermore, using virus neutralization assays, we demonstrate that BOA effectively inhibits all tested variants of concern as well as SARS-CoV 2003, establishing that glycan-targeting molecules have the potential to be pan-coronavirus inhibitors.

Abstract Deamidation frequently is invoked as an important driver of crystallin aggregation and cataract formation. Here, we characterized the structural and biophysical consequences of cumulative Asn to Asp changes in γD‐crystallin. Using NMR spectroscopy, we demonstrate that N‐ or C‐terminal domain‐confined or fully Asn to Asp changed γD‐crystallin exhibits essentially the same 1 H‐ 15 N HSQC spectrum as the wild‐type protein, implying that the overall structure is retained. Only a very small thermodynamic destabilization for the overall Asn to Asp γD‐crystallin variants was noted by chaotropic unfolding, and assessment of the colloidal stability, by measuring diffusion interaction parameters, yielded no substantive differences in association propensities. Furthermore, using molecular dynamics simulations, no significant changes in dynamics for proteins with Asn to Asp or iso‐Asp changes were detected. Our combined results demonstrate that substitution of all Asn by Asp residues, reflecting an extreme case of deamidation, did not affect the structure and biophysical properties of γD‐crystallin. This suggests that these changes alone cannot be the major determinant in driving cataract formation.

Abstract Human γD-crystallin, a monomeric protein abundant in the eye lens nucleus, must remain stably folded for an individual’s entire lifetime to avoid aggregation and protein deposition-associated cataract formation. γD-crystallin contains two homologous domains, an N-terminal domain (NTD) and a C-terminal domain (CTD), which interact via a hydrophobic interface. A number of familial mutations in the gamma crystallin gene are linked to congenital early-onset cataract, most of which result in amino acid changes in the NTD. Several of these, such as V75D and W42R, are known to populate intermediates that, under partially denaturing conditions, possess a natively folded CTD and a completely unfolded NTD, with studies on W42R showing further evidence for a minor population of an intermediate under native conditions. We employed hydrogen-deuterium exchange mass spectrometry (HDX-MS) to probe the structural and energetic features of variants of γD-crystallin under both native and partially denaturing conditions. For V75D and W42R, we identify a species under native conditions that retains partial structure in the NTD and is structurally and energetically distinct from the intermediate populated under partially denaturing conditions. Residues at the NTD-CTD interface play crucial roles in stabilizing this intermediate, and disruption of interface contacts either by amino acid substitution or partial denaturation permits direct observation of two intermediates at the same time. The newly identified intermediate exposes hydrophobic amino acids that are buried in both the folded full-length protein and in the protein’s stable isolated domains. Such non-native exposure of a hydrophobic patch may play an important role in cataract formation. Significance Statement Human γD-crystallin, which plays a structural role in the eye lens, is a long-lived protein that must remain folded for an individual’s entire lifetime to avoid aggregation and protein deposition - associated cataract formation. By using hydrogen-deuterium exchange mass spectrometry, we demonstrate that two cataract-associated variants of γD-crystallin populate an intermediate with partial structure along the interface between its two domains under native conditions. In these intermediates, hydrophobic amino acids that are normally buried in the N-terminal domain’s native folded structure become exposed, possibly leading to aggregation and cataract formation. Our findings illustrate the importance of studying a protein’s energy landscapes under conditions that are close to physiological.

Abstract Histones are the dominant proteins to compact and store DNA in both Eukarya and Archaea. For a long time, histones are observed to exist in the unit of dimers but diverge into different formats such as heterodimers in Eukarya or homodimers in Archaea. Here, by studying 11 types of histone proteins, both monomers and their dimeric complexes, using multiscale molecular dynamics (MD) simulations combined with NMR and circular dichroism experiments, we confirm the widely applied “folding upon binding” mechanism of histone structures. A histone dimer appears to form the longest α 2 helices followed by other shorter helices and inter-molecular tertiary structures. We report an alternative conformation, namely, the inverted non-native dimer, which has a minimum free energy state. Protein sequence analysis indicates that the inverted conformation can be attributed to a hidden head-tail sequence symmetry underlying all histone proteins. This finding strongly support previously proposed histone evolution hypotheses. Finally, we separately used the MD-based AWSEM and AI-based AlphaFold-Multimer model to predict eukaryotic histone homodimer structures and performed extensive allatom MD simulations to examine their structural stabilities. Our results suggest that eukaryotic histones can also form stable homodimers, whereas their disordered tails— the structurally asymmetrical region—may tip the balance towards the formation of heterotypic dimers.