The isoform 2a of sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA2a) performs active reuptake of cytoplasmic Ca2+ and is a major regulator of cardiac muscle contractility. Dysfunction or dysregulation of SERCA2a is associated with heart failure, while restoring its function is considered as a therapeutic strategy to restore cardiac performance, but its structure was not yet determined. Based on native, active protein purified from pig ventricular muscle, we present the first crystal structures of SERCA2a that were determined in the CPA-stabilized and H+-occluded [H2-3]E2-AlF4- (3.3 Å) form, arranged as parallel dimers, and the Ca2+-occluded [Ca2]E1-ATP (4.0 Å) form. We compare these new structures to similar forms of the skeletal muscle SERCA1a and address structural, functional and regulatory differences. We show that the isoform specific motifs of SERCA2a allow a distinct regulation by post-translational modifications and affect the dynamic behavior, which may explain specific properties and regulation.

Abstract Pathogen-Host adhesion is considered the first step of infection for many pathogens such as bacteria and virus. The binding of the receptor binding domain (RBD) of SARS-CoV-2 Spike protein (S protein) onto human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) is considered as the first step for the SARS-CoV-2 to adhere onto the host cells during the infection. Within three years, a number of variants of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) have been found all around the world. Here, we investigated the adhesion of S Proteins from different variants and ACE2 using atomic force microscopy (AFM)-based single-molecule force spectroscopy (SMFS) and single-cell force spectroscopy (SCFS). We found that the unbinding force and binding probability of the S protein from Delta variant to the ACE2 was the highest among the variants tested in our study at both single-molecule and single-cell levels. Molecular dynamics simulation showed that ACE2-RBD (Omicron) complex is destabilized by the E484A and Y505H mutations and stabilized by S477N and N501Y mutations, when compared with Delta variant. In addition, a neutralizing antibody, produced by immunization with wild type RBD of S protein, could effectively inhibit the binding of S proteins from wild type, Delta and Omicron variants onto ACE2. Our results provide new insight for the molecular mechanism of the adhesive interactions between S protein and ACE2 and suggest that effective monoclonal antibody can be prepared using wild type S protein against the different variants.

Abstract Silk fibroin (SF) and sericin (SS), the two major proteins of silk, are attractive biomaterials that show great potential in regenerative medicine. However, their biochemical interactions with stem cells were not fully understood. Here, we employed multiomics to obtain a global view of the triggered cellular processes and pathways of MSCs by SF and SS. Integrated RNA-seq and proteomics revealed that SF and SS strongly enhanced the paracrine activity of MSCs through differentially activating integrin and glycolytic pathways, rather than directly regulating stem cell fate to initiate multiple but distinct biological processes in MSCs. Those specific paracrine signals of MSCs stimulated by SF and SS effectively promoted skin wound healing by influencing the behaviors of multiple resident cells in skin wound microenvironments. This study provides comprehensive and reliable insights into the cellular interactions with SF and SS, enabling future development of silk-based therapeutics for tissue engineering and stem cell therapy.