ABSTRACT Members of the ABC-F subfamily of ATP-binding cassette proteins mediate resistance to a broad array of clinically important antibiotic classes that target the ribosome of Gram-positive pathogens. The mechanism by which these proteins act has been a subject of long-standing controversy, with two competing hypotheses each having gained considerable support: antibiotic efflux versus ribosomal protection. Here, we report on studies employing a combination of bacteriological and biochemical techniques to unravel the mechanism of resistance of these proteins, and provide several lines of evidence that together offer clear support to the ribosomal protection hypothesis. Of particular note, we show that addition of purified ABC-F proteins to an in vitro translation assay prompts dose-dependent rescue of translation, and demonstrate that such proteins are capable of displacing antibiotic from the ribosome in vitro . To our knowledge, these experiments constitute the first direct evidence that ABC-F proteins mediate antibiotic resistance through ribosomal protection. IMPORTANCE Antimicrobial resistance ranks among the greatest threats currently facing human health. Elucidation of the mechanisms by which microorganisms resist the effect of antibiotics is central to understanding the biology of this phenomenon and has the potential to inform the development of new drugs capable of blocking or circumventing resistance. Members of the ABC-F family, which include lsa (A), msr (A), optr (A), and vga (A), collectively yield resistance to a broader range of clinically significant antibiotic classes than any other family of resistance determinants, although their mechanism of action has been controversial since their discovery 25 years ago. Here we present the first direct evidence that proteins of the ABC-F family act to protect the bacterial ribosome from antibiotic-mediated inhibition.

Abstract The BCL-2 family is a challenging set of proteins to target selectively due to sequence and structural homologies across the family. Selective ligands for the BCL-2 family regulators of apoptosis are desirable as probes to understand cell biology and apoptotic signalling pathways, and as starting points for inhibitor design. We have used phage display to isolate Affimer reagents (non-antibody binding proteins based on a conserved scaffold) to identify ligands for MCL-1, BCL-xL, BCL-2, BAK and BAX, then used multiple biophysical characterisation methods to probe the interactions. We established that purified Affimers elicit selective and potent recognition of their target BCL-2 protein. For anti-apoptotic targets, competitive inhibition of their canonical protein-protein interactions is demonstrated. Co-crystal structures reveal an unprecedented mode of molecular recognition; where a BH3 helix is normally bound, flexible loops from the Affimer dock into the BH3 binding cleft. Moreover, the Affimers induce a change in the target proteins towards a desirable drug bound like conformation. These results indicate Affimers can be used as alternative templates to inspire design of selective BCL-2 family modulators, and provide proof-of-concept for the elaboration of selective non-antibody binding reagents for use in cell-biology applications.

Abstract The Bunyavirales order of RNA viruses comprises emerging pathogens for which approved preventative or therapeutic measures for human use are not available. The genome of all Bunyavirales consists of negative-sense RNA segments wrapped by the virus-encoded nucleocapsid protein (NP) to form ribonucleoproteins (RNPs). RNPs represent the active template for RNA synthesis and the form in which the genome is packaged into virions, functions that require inherent flexibility. We present a pseudo-atomic model of a native RNP purified from Bunyamwera virus (BUNV), the prototypical Bunyavirales member, based on a cryo-electron microscopy (cryo-EM) average at 13 Å resolution with subsequent fitting of the BUNV NP crystal structure by molecular dynamics. We show the BUNV RNP possesses relaxed helical architecture, with successive helical turns separated by ∼18 Å. The model shows that adjacent NP monomers in the RNP chain interact laterally through flexible N- and C-terminal arms, with no helix-stabilizing interactions along the longitudinal axis. Instead, EM analysis of RNase-treated RNPs suggests their chain integrity is dependent on the encapsidated genomic RNA, thus providing the molecular basis for RNP flexibility. Overall, this work will assist in designing anti-viral compounds targeting the RNP and inform studies on bunyaviral RNP assembly, packaging and RNA replication. Significance Bunyaviruses are emerging RNA viruses that cause significant disease and economic burden and for which vaccines or therapies approved for human use do not exist. The bunyavirus genome does not exist as naked RNA; instead it is wrapped up by the nucleoprotein (NP) to form a ribonucleoprotein (RNP). Using the prototypical bunyavirus, Bunyamwera virus, we determined the 3D structure of the native RNP, revealing a helical architecture with NP molecules linked by lateral contacts only, with no helix-stabilizing longitudinal contacts. Instead, the RNA genome itself plays a role in maintaining the helical architecture, allowing a high degree of flexibility that is critical for several stages of the virus replication cycle, such as segment circularization and genome packaging into virions.

The BCL-2 family is a challenging set of proteins to target selectively due to sequence and structural homologies across the family. Selective ligands for the BCL-2 family regulators of apoptosis are desirable as probes to understand cell biology and apoptotic signalling pathways, and as starting points for inhibitor design. We have used phage display to isolate Affimer reagents (non-antibody binding proteins based on a conserved scaffold) to identify ligands for MCL-1, BCL-xL, BCL-2, BAK and BAX, then used multiple biophysical characterisation methods to probe the interactions. We established that purified Affimers elicit selective and potent recognition of their target BCL-2 protein. For anti-apoptotic targets, competitive inhibition of their canonical protein-protein interactions is demonstrated. Co-crystal structures reveal an unprecedented mode of molecular recognition; where a BH3 helix is normally bound, flexible loops from the Affimer dock into the BH3 binding cleft. Moreover, the Affimers induce a change in the target proteins towards a desirable drug bound like conformation. These results indicate Affimers can be used as alternative templates to inspire design of selective BCL-2 family modulators, and provide proof-of- concept for the elaboration of selective non-antibody binding reagents for use in cell-biology applications.

ABSTRACT RAS mutations are the most common oncogenic drivers across human cancers, but there remains a paucity of clinically-validated pharmacological inhibitors of RAS, as druggable pockets have proven difficult to identify. We have identified two RAS-binding Affimer proteins, K3 and K6, that inhibit nucleotide exchange and downstream signalling pathways with distinct isoform and mutant profiles. Affimer K6 is the first biologic to bind in the SI/SII pocket, whilst Affimer K3 is the first non-covalent inhibitor of the SII region, revealing a novel RAS conformer with a large, druggable SII/α3 pocket. This work demonstrates the potential of using biologics with small interface surfaces to select novel druggable conformations in conjunction with pharmacophore identification for hard-to-drug proteins.

Abstract BK polyomavirus (BKPyV) is a common opportunistic pathogen and the causative agent of several diseases in transplant patients and the immunosuppressed. Despite its importance, aspects of the virus lifecycle such as how the virus exits an infected cells, remain poorly understood. The late region of the BKPyV genome encodes an auxillery protein called agnoprotein. We and others have shown that agnoprotein is an essential factor in virus release, and the loss of agnoprotein results in an accumulation of virus particles within the nucleus of an infected cell. The functions of agnoprotein necessary for this egress phenotype are not known. Here we demonstrate that agnoprotein shows properties associated with viroporins, a group of virus-encoded membrane spanning proteins that play key roles in virus infection and release. We demonstrate that agnoprotein oligomerises and perturbs membranes in cells. The development of a novel recombinant agnoprotein expression system permitted the identification of the first small molecules targeting agnoprotein. These compounds abrogated agnoprotein viroporin activity in vitro and reduced virus release, indicating that viroporin activity contributes to the phenotype observed in agnoprotein knockout viruses. The identification of channel activity should enhance the future understanding of the physiological function of agnoprotein and could represent an important target for antiviral intervention.

Abstract The hypoxic response is central to cell function and plays a significant role in the growth and survival of solid tumours. HIF-1 regulates the hypoxic response by activating over 100 genes responsible for adaptation to hypoxia, making it a potential target for anticancer drug discovery. Although there is significant structural and mechanistic understanding of the interaction between HIF-1α and p300 alongside negative regulators of HIF-1α such as CITED2, there remains a need to further understand the sequence determinants of binding. In this work we use a combination of protein expression, chemical synthesis, fluorescence anisotropy and isothermal titration calorimetry for HIF-1α sequence variants and a HIF-1α- CITED hybrid sequence which we term CITIF. We show the HIF-1α sequence is highly tolerant to sequence variation through reduced enthalpic and less unfavourable entropic contributions, These data imply backbone as opposed to side chain interactions and ligand folding control the binding interaction and that sequence variations are tolerated as a result of adopting a more disordered bound interaction or “fuzzy” complex.

A significant challenge in chemical biology is to understand and modulate protein-protein interactions (PPIs). Given that many PPIs involve a folded protein domain and a peptide sequence that is intrinsically disordered in isolation, peptides represent powerful tools to understand PPIs. Using the interaction between small ubiquitin-like modifier (SUMO) and SUMO-interacting motifs (SIMs), here we show that

Abstract Held out wings (HOW) is an RNA-binding protein essential for spermatogenesis in Drosophila melanogaster . HOW is a signal transduction and activation of RNA (STAR) protein, regulating post-transcriptional gene expression. The characteristics of RNA-binding by the conserved short cytoplasmic isoform, HOW(S), are unknown. In vivo RIP-seq identified 121 novel transcripts bound by HOW(S) in germ stem cells and spermatogonia, many with signal transduction functions. (A/G/U)CUAAC motifs were enriched in 3’-UTRs and GCG(A/U)G in 5’-UTRs. HOW binds with high-affinity to sites containing CUAAC motifs from lola and hipk mRNAs. This study provides new insight into STAR protein-RNA interactions and functions in spermatogenesis.

We report the first cryoEM structure of the Hendra henipavirus nucleoprotein in complex with RNA, at 3.5 Angstrom resolution, derived from single particle analysis of homotetradecameric RNA-bound N protein rings exhibiting D14 symmetry. The structure of the HeV N protein adopts the common bi-lobed paramyxoviral N protein fold; the N-terminal and C-terminal globular domains are bisected by an RNA binding cleft containing six RNA nucleotides and are flanked by the N-terminal and C-terminal arms, respectively. In common with other paramyxoviral nucleocapsids, the lateral interface between adjacent N and N+1 protomers involves electrostatic and hydrophobic interactions mediated primarily through the N-terminal arm and globular domains with minor contribution from the C-terminal arm. However, the HeV N multimeric assembly uniquely identifies an additional interaction between N+1 and N-1 protomers. The model presented here broadens the understanding of RNA-bound paramyxoviral nucleocapsid architectures and provides a platform for further insight into the molecular biology of HeV, as well as the development of antiviral interventions.