Abstract The C-terminus of the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) protein E contains a PBM (PDZ binding motif) targeting PDZ (PSD-95/Dlg/ZO-1) domains identical to the PBM of SARS-CoV. The latter is involved in the pathogenicity of the virus. Recently, we identified ten human PDZ-containing proteins showing significant interactions with SARS-CoV-2 protein E PBM. We selected several of them involved in cellular junctions and cell polarity (TJP1, PARD3, MLLT4, LNX2) and MPP5/Pals1 previously shown to interact with SARS-CoV E PBM. Targeting cellular junctions and polarity components is a common strategy by viruses to hijack cell machinery to their advantage. In this study, we showed that these host PDZ domains TJP1, PARD3, MLLT4, LNX2 and MPP5/PALS1 interact in a PBM-dependent manner in vitro and colocalize with the full-length E protein in cellulo , sequestrating the PDZ domains to the Golgi compartment. We solved three crystal structures of complexes between human LNX2, MLLT4 and MPP5 PDZs and SARS-CoV-2 E PBM highlighting its binding preferences for several cellular targets. Finally, we showed different affinities for the PDZ domains with the original SARS-CoV-2 C-terminal sequence containing the PBM and the one of the beta variant that contains a mutation close to the PBM. The acquired mutations in E protein localized near the PBM might have important effects both on the structure and the ion-channel activity of the E protein and on the host machinery targeted by the variants during the infection.

Abstract Type II secretion systems (T2SS) allow diderm bacteria to secrete hydrolytic enzymes, adhesins or toxins important for growth and virulence. In T2SS, secretion of folded proteins from the periplasm to the cell surface requires assembly of periplasmic filaments called pseudopili. Like the related type IV pili, pseudopili are polymerized in the inner membrane through addition of subunits at the filament base, mediated by the essential assembly platform (AP). To understand the structure and molecular role of the AP, we focused on its components PulL and PulM from the Klebsiella oxytoca T2SS. By combining biophysical methods, NMR and X-ray crystallography we studied the structure and associations of their periplasmic domains. We describe the first structure of the heterodimer complex formed by the PulL and PulM ferredoxin-like domains and show how their structural complementarity and plasticity favor their association during the secretion process. Cysteine scanning and cross-linking of transmembrane segments provided additional constraints to build a structural model of the PulL–PulM complex and assembly in the cellular context. Together with the relative abundance of PulL, PulM and their partners our findings suggest a model of the AP as a dynamic hub that orchestrates pseudopilus polymerization.

ABSTRACT Epigenetic regulation of gene expression is fundamental to cell state transitions. A prominent example of this is the epigenetically-regulated generation of transitory cells states within the germinal center (GC) reaction that are required for humoral immunity. The deregulation of these processes through somatic mutations can give rise to B-cell lymphoma, thus studying these mutations can provide insight into fundamental mechanisms underlying epigenetic regulation of gene expression as well as GC B-cell and lymphoma biology. Here we show that classes of mutations in the CREBBP lysine acetyltransferase gene result in different structure, catalytic activity and function. We discover that CREBBP and its paralog EP300 are dynamically and reciprocally loaded onto chromatin during a signal-responsive cell state transitions within the GC. Mutation of CREBBP in GC-derived lymphoma interrupt signal-responsive CREBBP loading onto chromatin, while also inhibiting EP300 redundancy. These observations lead to a model in which CREBBP or EP300 loss of function through acetyltransferase domain mutations, which occur frequently in both hematopoietic and solid tumors, create a zombie enzyme that retards the function of the active paralog by binding limiting concentrations of transcription factor substrate and preventing signal-responsive enhancer activation.

Abstract Calmodulin (CaM) is a eukaryotic multifunctional, calcium-modulated protein that regulates the activity of numerous effector proteins involved in a variety of physiological processes. Calmidazolium (CDZ) is a potent small molecule antagonist of CaM and one the most widely used inhibitors of CaM in cell biology. Here, we report the structural characterization of CaM:CDZ complexes using combined SAXS, X-ray crystallography, HDX-MS and NMR approaches. Our results provide molecular insights into the CDZ-induced dynamics and structural changes of CaM leading to its inhibition. CDZ-binding induces an open-to-closed conformational change of CaM and results in a strong stabilization of its structural elements associated with a reduction of protein dynamics over a large time range. These CDZ-triggered CaM changes mimic those induced by CaM-binding peptides derived from protein targets, despite their distant chemical nature. CaM residues in close contact with CDZ and involved in the stabilization of the CaM:CDZ complex have been identified. These results open the way to rationally design new CaM-selective drugs. Figure and text for the Table of Contents (ToC) Calmidazolium is a potent and widely used inhibitor of calmodulin, a major mediator of calcium-signaling in eukaryotic cells. Structural characterization of calmidazolium-binding to calmodulin reveals that it triggers open-to-closed conformational changes similar to those induced by calmodulin-binding peptides derived from enzyme targets. These results open the way to rationally design new and more selective inhibitors of calmodulin.

Abstract The molecular mechanisms and forces involved in the translocation of bacterial toxins into host cells have thus far remained elusive. The adenylate cyclase (CyaA) toxin from Bordetella pertussis displays a unique intoxication pathway in which its catalytic domain is directly translocated across target cell membranes. We have previously identified a translocation region in CyaA that contains a segment, P454 (residues 454–484), exhibiting membrane-active properties related to antimicrobial peptides. Herein, we show that this peptide is able to translocate across membranes and interact with calmodulin. Structural and biophysical analyses have revealed the key residues of P454 involved in membrane destabilization and calmodulin binding. Mutational analysis demonstrated that these residues play a crucial role in CyaA translocation into target cells. We have also shown that calmidazolium, a calmodulin inhibitor, efficiently blocks CyaA internalization. We propose that after CyaA binding to target cells, the P454 segment destabilizes the plasma membrane, translocates across the lipid bilayer and binds calmodulin. Trapping of the CyaA polypeptide chain by the CaM:P454 interaction in the cytosol may assist the entry of the N-terminal catalytic domain by converting the stochastic process of protein translocation into an efficient vectorial chain transfer into host cells.

Abstract Actinobacteria possess unique ways to regulate the oxoglutarate node located in the central position of the tricarboxylic acid cycle, a crossroad between energy conservation and nitrogen metabolism. Here, we studied the decarboxylative oxidation route that leads, through the 2-oxoglutarate dehydrogenase (ODH) complex, to the generation of succinyl-CoA and reduced equivalents to feed the respiratory chain. Compared to most organisms in which the oxidative decarboxylation and reductive acylation steps are carried out by different enzymes within the ODH complex, actinobacteria rely on an all-in-one protein (OdhA) in which both activities are carried out by the same polypeptide. We describe high-resolution cryo-EM and X-ray crystallography snapshots of representative enzymes from Mycobacterium smegmatis and Corynebacterium glutamicum , showing that OdhA is an 800-kDa homohexamer that folds into a three-blade propeller shape. The obligate trimeric and dimeric states of the acyltransferase and dehydrogenase domains, respectively, are critical for maintaining the overall assembly, where both domains interact via subtle readjustments of their interfaces. Complexes obtained with substrate analogues, reaction products and allosteric regulators illustrate how these domains operate. Furthermore, we provide additional insights into the phosphorylation-dependent regulation of this enzymatic machinery by the FHA (Fork-Head Associated) signalling protein OdhI, delivering new molecular details on how this actinobacterial-specific switching mechanism operates. Overall, the quaternary organization of OdhA represents a new piece of the fascinating puzzle of the synergistic, mixed pyruvate dehydrogenase/2-oxoglutarate dehydrogenase actinobacterial supercomplex.

Spirochete bacteria, including important pathogens, exhibit a distinctive means of swimming via undulations of the entire cell. Motility is powered by the rotation of supercoiled ‘endoflagella’ that wrap around the cell body, confined within the periplasmic space. To investigate the structural basis of flagellar supercoiling, which is critical for motility, we determined the structure of native flagellar filaments from the spirochete Leptospira by integrating high-resolution cryo-electron tomography and X-ray crystallography. We show that these filaments are coated by a highly asymmetric, multi-component sheath layer, contrasting with flagellin-only homopolymers previously observed in exoflagellated bacteria. Distinct sheath proteins localize to the filament inner and outer curvatures to define the supercoiling geometry, explaining a key functional attribute of the spirochete flagellum.One Sentence summary The corkscrew-like motility of Spirochete bacteria is enabled by a unique, asymmetrically constructed flagellum that wraps around the cell body within the periplasm.

Abstract The human protein tyrosine phosphatase non-receptor type 3 (PTPN3) is a phosphatase containing a PDZ (PSD-95/Dlg/ZO-1) domain that has been found to play both tumor-suppressive and tumor-promoting roles in various cancers, despite limited knowledge of its cellular partners and signaling functions. Notably, the high-risk genital human papillomavirus (HPV) types 16 and 18 and the hepatitis B virus (HBV) target the PDZ domain of PTPN3 through PDZ-binding motifs (PBMs) in their E6 and HBc proteins respectively. This study focuses on the interactions between the PTPN3 PDZ domain (PTPN3-PDZ) and PBMs of viral and cellular protein partners. The solved X-ray structures of complexes between PTPN3-PDZ and PBMs of E6 of HPV18 and the tumor necrosis factor-alpha converting enzyme (TACE) reveal two novel interactions. We provide new insights into key structural determinants of PBM recognition by PTPN3 by screening the selectivity of PTPN3-PDZ recognition of PBMs, and by comparing the PDZome binding profiles of PTPN3-recognized PBMs and the interactome of PTPN3-PDZ. The PDZ domain of PTPN3 was known to auto-inhibit the protein’s phosphatase activity. We discovered that the linker connecting the PDZ and phosphatase domains is involved in this inhibition, and that the binding of PBMs does not impact this catalytic regulation. Overall, the study sheds light on the interactions and structural determinants of PTPN3 with its cellular and viral partners, as well as on the inhibitory role of its PDZ domain on its phosphatase activity.

Active nutrient uptake is fundamental for survival and pathogenicity of Gram-negative bacteria, which operate a multi-protein Ton system to transport essential nutrients like metals and vitamins. This system harnesses the proton motive force at the inner membrane to energize the import through the outer membrane, but the mechanism of energy transfer remains enigmatic. Here, we study the periplasmic domain of ExbD, a crucial component of the proton channel of the Ton system. We show that this domain is a dynamic dimer switching between two conformations representing the proton channel's open and closed states. By