Abstract Glutamate is a pivotal excitatory neurotransmitter in mammalian brains, but excessive glutamate causes numerous neural disorders. Almost all extracellular glutamate is retrieved by the glial transporter, Excitatory Amino Acid Transporter 2 (EAAT2), belonging to the SLC1A family. However, in some cancers, EAAT2 expression is enhanced and causes resistance to therapies by metabolic disturbance. Despite its crucial roles, the detailed structural information about EAAT2 has not been available. Here, we report cryo-EM structures of human EAAT2 in substrate-free and selective inhibitor WAY213613-bound states. EAAT2 forms a trimer, with each protomer consisting of transport and scaffold domains. Along with a glutamate-binding site, the transport domain possesses a cavity, that could be disrupted during the transport cycle. WAY213613 occupies both the glutamate-binding site and cavity of EAAT2 to interfere with its alternating access, where the sensitivity is defined by the inner environment of the cavity. This is the first characterization of molecular features of EAAT2 and the selective inhibition mechanism, underlying structure-based drug design for EAAT2.

Abstract CRISPR-mediated endogenous tagging, utilizing the homology-directed repair (HDR) of DNA double-strand breaks (DSBs) with exogenously incorporated donor DNA, is a powerful tool in biological research. Inhibition of the non-homologous end joining (NHEJ) pathway has been proposed as a promising strategy for improving the low efficiency of accurate knock-in via the HDR pathway. However, the influence of alternative DSB repair pathways on gene knock-in remains to be fully explored. In this study, our long-read amplicon sequencing analysis reveals various patterns of imprecise repair in CRISPR/Cas-mediated knock-in, even under conditions where NHEJ is inhibited. Suppression of the microhomology-mediated end joining (MMEJ) or the single strand annealing (SSA) repair mechanisms leads to a reduction in distinct patterns of imprecise repair, thereby elevating the efficiency of accurate knock-in. Furthermore, a novel reporter system shows that the SSA pathway contributes to a specific pattern of imprecise repair, known as asymmetric HDR. Collectively, our study uncovers the involvement of multiple DSB repair pathways in CRISPR/Cas-mediated gene knock-in and proposes alternative approaches to enhance the efficiency of precise gene knock-in.

The L-type amino acid transporter 1 (LAT1) transports large neutral amino acids and drugs across the plasma membrane and is crucial for nutrient uptake, brain drug delivery and tumor growth. LAT1 is a unique solute carrier that forms a disulfide-linked heterodimer with the cell-surface glycoprotein CD98 heavy chain (CD98hc), but the mechanisms of its molecular assembly and amino acid transport are poorly understood. Here we report the cryo-EM structure of the human LAT1-CD98hc heterodimer at 3.4 Å resolution, revealing the hitherto unprecedented architecture of a solute carrier-glycoprotein heterocomplex. LAT1 features a canonical LeuT-fold while exhibiting an unusual loop structure on transmembrane helix 6, creating an extended cavity to accommodate bulky hydrophobic amino acids and drugs. CD98hc engages with LAT1 through multiple interactions, not only in the extracellular and transmembrane domains but also in the interdomain linker. The heterodimer interface features multiple sterol molecules, corroborating previous biochemical data on the role of cholesterols in heterodimer stabilization. We also visualized the binding modes of two anti-CD98 antibodies and show that they recognize distinct, multiple epitopes on CD98hc but not its glycans, explaining their robust reactivities despite the glycan heterogeneity. Furthermore, we mapped disease-causing mutations onto the structure and homology models, which rationalized some of the phenotypes of SLC3- and SLC7-related congenital disorders. Together, these results shed light on the principles of the structural assembly between a glycoprotein and a solute carrier, and provide a template for improving preclinical drugs and therapeutic antibodies targeting LAT1 and CD98.