The mature capsids of HIV and other retroviruses organize and package the viral genome and its associated enzymes for delivery into host cells. The HIV capsid is a fullerene cone: a variably curved, closed shell composed of approximately 250 hexamers and exactly 12 pentamers of the viral CA protein. We devised methods for isolating soluble, assembly-competent CA hexamers and derived four crystallographically independent models that define the structure of this capsid assembly unit at atomic resolution. A ring of six CA N-terminal domains form an apparently rigid core, surrounded by an outer ring of C-terminal domains. Mobility of the outer ring appears to be an underlying mechanism for generating the variably curved lattice in authentic capsids. Hexamer-stabilizing interfaces are highly hydrated, and this property may be key to the formation of quasi-equivalent interactions within hexamers and pentamers. The structures also clarify the molecular basis for capsid assembly inhibition and should facilitate structure-based drug design strategies.

Abstract Somatostatin (SS) is a peptide hormone with diverse physiological roles. By investigating a deep-water clade of fish-hunting cone snails, we show that predator-prey evolution has generated a diverse set of SS analogs, each optimized to elicit specific systemic physiological effects in prey. The increased metabolic stability, distinct SS receptor activation profiles, and chemical diversity of the venom analogs make them suitable leads for therapeutic application, including pain, cancer and endocrine disorders. Our findings not only establish the existence of SS-like peptides in animal venoms, but also serve as a model for the synergy gained from combining molecular phylogenetics and behavioral observations to optimize the discovery of natural products with biomedical potential. One Sentence Summary Somatostatin drug design by fish-hunting cone snails

The mitochondrial electron transport chain (ETC) of Plasmodium malaria parasites is a major antimalarial drug target, but critical cytochrome functions remain unstudied and enigmatic. Parasites express two distinct cyt c homologs ( c and c -2) with unusually sparse sequence identity and uncertain fitness contributions. P. falciparum cyt c -2 is the most divergent eukaryotic cyt c homolog currently known and has sequence features predicted to be incompatible with canonical ETC function. We tagged both cyt c homologs and the related cyt c1 for inducible knockdown. Translational repression of cyt c and cyt c1 was lethal to parasites, which died from ETC dysfunction and impaired ubiquinone recycling. In contrast, cyt c -2 knockdown or knock-out had little impact on blood-stage growth, indicating that parasites rely fully on the more conserved cyt c for ETC function. Biochemical and structural studies revealed that both cyt c and c -2 are hemylated by holocytochrome c synthase, but UV-vis absorbance and EPR spectra strongly suggest that cyt c -2 has an unusually open active site in which heme is stably coordinated by only a single axial amino-acid ligand and can bind exogenous small molecules. These studies provide a direct dissection of cytochrome functions in the ETC of malaria parasites and identify a highly divergent Plasmodium cytochrome c with molecular adaptations that defy a conserved role in eukaryotic evolution.Mitochondria are critical organelles in eukaryotic cells that drive oxidative metabolism. The mitochondrion of Plasmodium malaria parasites is a major drug target that has many differences from human cells and remains poorly studied. One key difference from humans is that malaria parasites express two cytochrome c proteins that differ significantly from each other and play untested and uncertain roles in the mitochondrial electron transport chain (ETC). Our study revealed that one cyt c is essential for ETC function and parasite viability while the second, more divergent protein has unusual structural and biochemical properties and is not required for growth of blood-stage parasites. This work elucidates key biochemical properties and evolutionary differences in the mitochondrial ETC of malaria parasites.

Abstract The Endosomal Sorting Complexes Required for Transport (ESCRT) machinery mediates the membrane fission step that completes cytokinetic abscission and separates dividing cells. Filaments composed of ESCRT-III subunits constrict membranes of the intercellular bridge midbody to the abscission point. These filaments also bind and recruit cofactors whose activities help execute abscission and/or delay abscission timing in response to mitotic errors via the NoCut/Abscission checkpoint. We previously showed that the ESCRT-III subunit IST1 binds the cysteine protease CAPN7 (Calpain-7) and that CAPN7 is required for both efficient abscission and NoCut checkpoint maintenance (Wenzel et al ., 2022). Here, we report biochemical and crystallographic studies showing that the tandem MIT domains of CAPN7 bind simultaneously to two distinct IST1 MIT interaction motifs. Structure-guided point mutations in either CAPN7 MIT domain disrupted IST1 binding in vitro and in cells, and depletion/rescue experiments showed that the CAPN7-IST1 interaction is required for: 1) CAPN7 recruitment to midbodies, 2) efficient abscission, and 3) NoCut checkpoint arrest. CAPN7 proteolytic activity is also required for abscission and checkpoint maintenance. Hence, IST1 recruits CAPN7 to midbodies, where its proteolytic activity is required to regulate and complete abscission.

Background: PIE12-trimer is a highly potent D-peptide HIV-1 entry inhibitor that broadly targets group M isolates. It specifically binds the three identical conserved hydrophobic pockets at the base of the gp41 N-trimer with sub-femtomolar affinity. This extremely high affinity for the transiently exposed gp41 trimer provides a reserve of binding energy (resistance capacitor) to combat resistance via stepwise accumulation of modest affinity-disrupting mutations. Viral passaging in the presence of escalating PIE12-trimer concentrations ultimately selected for PIE12-trimer resistant populations, but required an extremely extended timeframe (>1 year) in comparison to other entry inhibitors. Eventually, HIV developed resistance to PIE12-trimer by mutating Q577 in the gp41 pocket. Results: Using deep sequence analysis, we identified three mutations at Q577 (R, N and K) in our two PIE12-trimer resistant pools. Each point mutant is capable of conferring the majority of PIE12-trimer resistance seen in the polyclonal pools. Surface plasmon resonance studies demonstrated substantial affinity loss between PIE12-trimer and the Q577R-mutated gp41 pocket. A high-resolution x-ray crystal structure of PIE12 bound to the Q577R pocket revealed the loss of two hydrogen bonds, the repositioning of neighboring residues, and a small decrease in buried surface area. The Q577 mutations in an NL4-3 backbone decreased viral growth rates. Fitness was ultimately rescued in resistant viral pools by a suite of compensatory mutations in gp120 and gp41, of which we identified seven candidates from our sequencing data. Conclusions: These data show that PIE12-trimer exhibits a high barrier to resistance, as extended passaging was required to develop resistant virus with normal growth rates. The primary resistance mutation, Q577R/N/K, found in the conserved gp41 pocket, substantially decreases inhibitor affinity but also damages viral fitness. Identified candidate compensatory mutations in gp160 will be the focus of future mechanistic studies.

The ESCRT pathway's AAA+ ATPase, Vps4p, remodels ESCRT-III complexes to drive membrane fission. Here, we use peptide binding assays to further the understanding of substrate specificity and the mechanism of autoinhibition. Our results reveal unexpected sequence preference to the substrate binding groove and an elegant mechanism of regulation that couples localization to substrate with release from autoinhibition.