Sphingolipid and cholesterol-rich Triton X-100-insoluble membrane fragments (detergent-resistant membranes, DRMs) containing lipids in a state similar to the liquid-ordered phase can be isolated from mammalian cells, and probably exist as discrete domains or rafts in intact membranes. We postulated that proteins with a high affinity for such an ordered lipid environment might be targeted to rafts. Saturated acyl chains should prefer an extended conformation that would fit well in rafts. In contrast, prenyl groups, which are as hydrophobic as acyl chains but have a branched and bulky structure, should be excluded from rafts. Here, we showed that at least half of the proteins in Madin-Darby canine kidney cell DRMs (other than cytoskeletal contaminants) could be labeled with [3H]palmitate. Association of influenza hemagglutinin with DRMs required all three of its palmitoylated Cys residues. Prenylated proteins, detected by [3H]mevalonate labeling or by blotting for Rap1, Rab5, Gbeta, or Ras, were excluded from DRMs. Rab5 and H-Ras each contain more than one lipid group, showing that hydrophobicity alone does not target multiply lipid-modified proteins to DRMs. Partitioning of covalently linked saturated acyl chains into liquid-ordered phase domains is likely to be an important mechanism for targeting proteins to DRMs.

The contrast observed in images of frozen-hydrated biological specimens prepared for electron cryo-microscopy falls significantly short of theoretical predictions. In addition to limits imposed by the current instrumentation, it is widely acknowledged that motion of the specimen during its exposure to the electron beam leads to significant blurring in the recorded images. We have studied the amount and direction of motion of virus particles suspended in thin vitrified ice layers across holes in perforated carbon films using exposure series. Our data show that the particle motion is correlated within patches of 0.3-0.5 μm, indicating that the whole ice layer is moving in a drum-like motion, with accompanying particle rotations of up to a few degrees. Support films with smaller holes, as well as lower electron dose rates tend to reduce beam-induced specimen motion, consistent with a mechanical effect. Finally, analysis of movies showing changes in the specimen during beam exposure show that the specimen moves significantly more at the start of an exposure than towards its end. We show how alignment and averaging of movie frames can be used to restore high-resolution detail in images affected by beam-induced motion.

Significance SML-8-73-1 (SML) is the first example, to our knowledge, of a GTP-competitive inhibitor of V-Ki-ras2 Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog (K-Ras). A high-resolution structure of K-Ras G12C bound to SML shows K-Ras in an inactive conformation. In situ proteomic-based chemical profiling of SML demonstrates that SML is highly selective for K-Ras G12C over other small GTPases. A novel chemosensor-based assay allows measurement of covalent reaction rates between K-Ras G12C and SML and enables characterization of this reaction in the context of millimolar concentrations of GTP and GDP, well in exccss of what is found in living cells. These results demonstrate that even in the presence of high concentrations of GTP and GDP, SML is able to exchange into the GN site.

KATP channels are metabolic sensors that couple cell energetics to membrane excitability. In pancreatic β-cells, channels formed by SUR1 and Kir6.2 regulate insulin secretion and are the targets of antidiabetic sulfonylureas. Here, we used cryo-EM to elucidate structural basis of channel assembly and gating. The structure, determined in the presence of ATP and the sulfonylurea glibenclamide, at ~6 Å resolution reveals a closed Kir6.2 tetrameric core with four peripheral SUR1s each anchored to a Kir6.2 by its N-terminal transmembrane domain (TMD0). Intricate interactions between TMD0, the loop following TMD0, and Kir6.2 near the proposed PIP2 binding site, and where ATP density is observed, suggest SUR1 may contribute to ATP and PIP2 binding to enhance Kir6.2 sensitivity to both. The SUR1-ABC core is found in an unusual inward-facing conformation whereby the two nucleotide binding domains are misaligned along a two-fold symmetry axis, revealing a possible mechanism by which glibenclamide inhibits channel activity.

Abstract Importin-4 is the primary nuclear import receptor of core histones H3 and H4. Importin-4 binds the H3-H4 dimer and histone-chaperone ASF1 prior to nuclear import, but available structures of Importin-4·histone tail complexes do not explain how Importin-4 recognizes the biologically relevant heterotrimeric H3-H4·ASF1 cargo. Our 3.5 Å Importin-4·H3-H4·ASF1 cryo-electron microscopy structure revealed interactions with H3-H4·ASF1 different those suggested by previous Importin-H3 tail peptide structures. The N-terminal half of Importin-4 clamps the globular histone domain and the H3 αN helix while its C-terminal half binds the H3 N-terminal tail weakly, with negligible tail contribution to binding energy; ASF1 binds H3-H4 without contacting Importin-4. Together, ASF1 and Importin-4 shield nucleosomal interfaces of H3-H4 to chaperone and import it into the nucleus, where Importin-4 undergoes large conformational changes as RanGTP binds to release H3-H4·ASF1. This work explains the mechanisms of nuclear import of full-length H3-H4.

Abstract During endosomal recycling, Sorting Nexin 17 (SNX17) facilitates the transport of numerous membrane cargo proteins by tethering them to the Retriever complex. Despite its importance, the mechanisms underlying this interaction have remained elusive. Here, we report the structure of the Retriever-SNX17 complex determined using cryogenic electron microscopy (cryo-EM). Our structure reveals that the C-terminal tail of SNX17 engages with a highly conserved interface between the VPS35L and VPS26C subunits of Retriever. Through comprehensive biochemical, cellular, and proteomic analyses, we demonstrate that disrupting this interface impairs the Retriever-SNX17 interaction, subsequently affecting the recycling of SNX17-dependent cargos and altering the composition of the plasma membrane proteome. Intriguingly, we find that the SNX17-binding pocket on Retriever can be utilized by other ligands that share a consensus acidic C-terminal tail motif. By showing how SNX17 is linked to Retriever, our findings uncover a fundamental mechanism underlying endosomal trafficking of critical cargo proteins and reveal a mechanism by which Retriever can engage with other regulatory factors.

During endosomal recycling, Sorting Nexin 17 (SNX17) facilitates the transport of numerous membrane cargo proteins by tethering them to the Retriever complex. Despite its importance, the mechanisms underlying this interaction have remained elusive. Here, we provide biochemical, structural, cellular, and proteomic analyses of the SNX17-Retriever interaction. Our data reveal that SNX17 adopts an autoinhibited conformation in the basal state, with its FERM domain sequestering its C-terminal tail. The binding of cargo proteins to the FERM domain displaces the C-terminal tail through direct competition. The released tail engages with Retriever by binding to a highly conserved interface between its VPS35L and VPS26C subunits, as revealed by cryogenic electron microscopy (cryo-EM). Disrupting this interface impairs the Retriever-SNX17 interaction, subsequently affecting the recycling of SNX17-dependent cargoes and altering the composition of the plasma membrane proteome. Intriguingly, the SNX17-binding pocket on Retriever can be utilized by other ligands containing a consensus acidic C-terminal tail motif. Together, our findings uncover a mechanism underlying endosomal trafficking of critical cargo proteins and reveal how Retriever can potentially engage with other regulatory factors or be exploited by pathogens.

Summary The kinase domain transfers phosphate from ATP to substrates. However, the Legionella effector SidJ adopts a kinase fold yet catalyzes calmodulin (CaM)-dependent glutamylation to inactivate the SidE ubiquitin ligases. The structural and mechanistic basis in which the kinase domain catalyzes protein glutamylation is unknown. Here we present cryo-EM reconstructions of SidJ:CaM:SidE reaction intermediate complexes. We show that the kinase-like active site of SidJ adenylates an active site Glu in SidE resulting in the formation of a stable reaction intermediate complex. An insertion in the catalytic loop of the kinase domain positions the donor Glu near the acyl-adenylate for peptide bond formation. Our structural analysis led us to discover that the SidJ paralog SdjA is a glutamylase that differentially regulates the SidE-ligases during Legionella infection. Our results uncover the structural and mechanistic basis in which the kinase fold catalyzes non-ribosomal amino acid ligations and reveal an unappreciated level of SidE-family regulation.

The recycling of membrane proteins from endosomes to the cell surface is vital for cell signaling and survival. Retriever, a trimeric complex of VPS35L, VPS26C and VPS29, together with the CCC complex comprising CCDC22, CCDC93, and COMMD proteins, plays a crucial role in this process. The precise mechanisms underlying Retriever assembly and its interaction with CCC have remained elusive. Here, we present the first high-resolution structure of Retriever determined using cryogenic electron microscopy. The structure reveals a unique assembly mechanism, distinguishing it from its remotely related paralog, Retromer. By combining AlphaFold predictions and biochemical, cellular, and proteomic analyses, we further elucidate the structural organization of the entire Retriever-CCC complex and uncover how cancer-associated mutations disrupt complex formation and impair membrane protein homeostasis. These findings provide a fundamental framework for understanding the biological and pathological implications associated with Retriever-CCC-mediated endosomal recycling.