Abstract Horizontal gene transfer between Gram-positive bacteria leads to a rapid spread of virulence factors and antibiotic resistance. This transfer is often facilitated via Type 4 Secretion Systems (T4SS), which frequently are encoded on conjugative plasmids. However, donor cells that already contain a particular conjugative plasmid resist acquisition of a 2 nd copy of said plasmid. They utilize different mechanisms, including surface exclusion for this purpose. Enterococcus faecalis PrgA, encoded by the conjugative plasmid pCF10, is a surface protein that has been implicated to play a role in both virulence and surface exclusion, but the mechanism by which this is achieved has not been fully explained. Here, we report the structure of full-length PrgA, which shows that PrgA protrudes far out from the cell wall (approximately 40 nm), where it presents a protease domain. In vivo experiments show that PrgA provides a physical barrier to cellular adhesion, thereby reducing cellular aggregation. This function of PrgA contributes to surface exclusion, reducing the uptake of its cognate plasmid by approximately one order of magnitude. Using variants of PrgA with mutations in the catalytic site we show that the surface exclusion effect is dependent on the activity of the protease domain of PrgA. In silico analysis suggest that PrgA can interact with another enterococcal adhesin, PrgB, and that these two proteins have co-evolved. PrgB is a strong virulence factor, and PrgA is involved in post-translational processing of PrgB. Finally, competition mating experiments show that PrgA provides a significant fitness advantage to plasmid-carrying cells.

Fucosylation of the inner-most N-acetyl-glucosamine (GlcNAc) of N-glycans by fucosyltransferase 8 (FUT8) is an important step in the maturation of complex and hybrid N-glycans. This simple modification can have a dramatic impact on the activity and half-life of glycoproteins. These effects are relevant to understanding the invasiveness of some cancers, the development of monoclonal antibody therapeutics, and to a congenital disorder of glycosylation. The acceptor substrate preferences of FUT8 are well characterised and provide a framework for understanding N-glycan maturation in the Golgi, however the structural basis for these substrate preferences and the mechanism through which catalysis is achieved remains unknown. Here, we describe several structures of mouse and human FUT8 in the apo state and in complex with guanosine diphosphate (GDP), a mimic of the donor substrate, and a glycopeptide acceptor substrate. These structures provide insights into: a unique conformational change associated with donor substrate binding; common strategies employed by fucosyltransferases to coordinate GDP; features that define acceptor substrate preferences; and a likely mechanism for enzyme catalysis. Together with molecular dynamics simulations, the structures also reveal how FUT8 dimerisation plays an important role in defining the acceptor substrate binding site. Collectively, this information significantly builds on our understanding of the core-fucosylation process.

The trefoil factors (TFFs) are disulfide-rich mucosal peptides that protect the epithelium by promoting cell migration and increasing the viscoelasticity of the mucosa. Here we show that all TFFs are divalent lectins that recognise the GlcNAc-α-1,4-Gal disaccharide, which term-inates type-III mucin-like O-glycans. Structural, mutagenic and biophysical data support a model of mucus viscoelasticity that features non-covalent cross-linking of glycoproteins by TFFs.

Abstract Type 4 Secretion Systems are a main driver for the spread of antibiotic resistance genes and virulence factors in bacteria. In Gram-positives, these secretion systems often rely on surface adhesins to enhance cellular aggregation and mating pair formation. One of the best studied adhesins is PrgB from the conjugative plasmid pCF10 of Enterococcus faecalis, which has been shown to play major roles in conjugation, biofilm formation and importantly also in bacterial virulence. Since prgB orthologs exist on a large number of conjugative plasmids in various different species, this makes PrgB a model protein for this widespread virulence factor. After characterizing the polymer adhesin domain of PrgB previously, we here report the structure for almost the entire remainder of PrgB, which reveals that PrgB contains four immunoglobulin-like domains. Based on this new insight, we re-evaluate previously studied variants and present new in vivo data where specific domains or conserved residues have been removed. For the first time, we can show a decoupling of cellular aggregation from biofilm formation and conjugation in prgB mutant phenotypes. Based on the presented data, we propose a new functional model to explain how PrgB mediates its different functions. We hypothesize that the Ig-like domains act as a rigid stalk that presents the polymer adhesin domain at the right distance from the cell wall.

Abstract Small-angle scattering can be used to derive structural information about membrane proteins reconstituted in suitable carrier systems enabling solubilization of the membrane proteins in question. Since the studies are done in solution, there is no need for crystallization or deposition on sample grids, and it is in principle possible to obtain structural information about intrinsically disordered regions which cannot be resolved by crystallography or the quantitative link to which is hard to establish using e.g. electron microscopy methods. In this study, tetramers of the gated spinach aquaporin SoPIP2;1 were reconstituted into nanodiscs and small-angle x-ray scattering data were recorded. From these data, we refine structural models of the entire nanodisc-membrane protein complex including the flexible regions using newly developed models based on Fast Debye sums. We introduce software for these computations available via online repositories and discuss the implications and limitations of these methods. Author summary When it comes to investigating the structure and function of the proteins, a particular class of proteins are known to be cumbersome and problematic: membrane proteins that reside in the cell membrane and regulate and facilitate a number of critical biological processes. Such proteins can often not be studied by conventional means as they unravel and denature structurally or even precipitate in solution. To add insult to injury, such membrane proteins also often contain parts that are intrinsically disordered rendering them irresolvable by e.g. traditional crystallographic techniques and hard to describe structurally. Here, we present a combined computational and experimental approach (as well as the necessary software) to analyze and determine the structure of such proteins in close-to-native conditions in so-called nanodiscs, a biological carrier systems, using small-angle scattering and molecular simulations.