Zika virus (ZIKV), formerly a neglected pathogen, has recently been associated with microcephaly in fetuses, and with Guillian-Barré syndrome in adults. Here we present the 3.7 Å resolution cryo-electron microscopy structure of ZIKV, and show that the overall architecture of the virus is similar to that of other flaviviruses. Sequence and structural comparisons of the ZIKV envelope (E) protein with other flaviviruses show that parts of the E protein closely resemble the neurovirulent West Nile and Japanese encephalitis viruses, while others are similar to dengue virus (DENV). However, the contribution of the E protein to flavivirus pathobiology is currently not understood. The virus particle was observed to be structurally stable even when incubated at 40 °C, in sharp contrast to the less thermally stable DENV. This is also reflected in the infectivity of ZIKV compared to DENV serotypes 2 and 4 (DENV2 and DENV4) at different temperatures. The cryo-electron microscopy structure shows a virus with a more compact surface. This structural stability of the virus may help it to survive in the harsh conditions of semen, saliva and urine. Antibodies or drugs that destabilize the structure may help to reduce the disease outcome or limit the spread of the virus.

Abstract Dengue virus infection can cause dengue hemorrhagic fever (DHF). Dengue NS1 is multifunctional: the intracellular dimeric NS1 (iNS1) forms part of the viral replication complex, the extracellular multi-oligomeric secreted NS1 (sNS1) is a major factor contributing to DHF. The structure of the iNS1 is well studied but not sNS1. Here we show the tetrameric (stable and loose conformation) and hexameric structures of sNS1. Stability of the stable and loose tetramers is determined by the conformation of their N-terminal domain – elongated β-sheet or β-roll. Binding of an anti-NS1 Fab breaks the loose tetrameric and hexameric sNS1 into dimers, whereas the stable tetramer remains largely unbound. Our results show detailed quaternary organization of different oligomeric states of sNS1 and will contribute towards the design of dengue therapeutics.

SUMMARY Nuclear processes depend on the organization of chromatin, whose basic units are cylinder-shaped complexes called nucleosomes. A subset of mammalian nucleosomes in situ (inside cells) resembles the canonical structure determined in vitro 25 years ago. Nucleosome structure in situ is otherwise poorly understood. Using cryo-ET and 3-D classification analysis of budding yeast cells, here we find that canonical nucleosomes account for less than 10% of total nucleosomes expected in situ . In a strain in which H2A-GFP is the sole source of histone H2A, class averages that resemble canonical nucleosomes both with and without GFP densities are found ex vivo (in nuclear lysates), but not in situ . These data suggest that the budding yeast intranuclear environment favors multiple non-canonical nucleosome conformations. Using the structural observations here and the results of previous genomics and biochemical studies, we propose a model in which the average budding yeast nucleosome’s DNA is partially detached in situ .

Abstract In meiosis, cells undergo two sequential rounds of cell division, termed meiosis I and meiosis II. Textbook models of the meiosis I substage called pachytene show that nuclei have conspicuous 100-nm-wide, ladder-like synaptonemal complexes (SC), which form between homologous chromosomes. It remains unknown if cells have any other large, meiosis-specific nuclear structures. Here we present cryo-ET analysis of frozen-hydrated budding yeast cells before, during, and after pachytene. We found no evidence for the dense ladder-like structures expected of the SC or the ordered chromatin loops expected to project from their sides. Instead, we found large quantities of 12-nm-wide triple-helices that pack into crystalline bundles. These structures are present in meiotic cells, but not in interphase cells, so we call them meiotic triple helices (MTHs). MTHs are enriched in the nucleus but not enriched in the cytoplasm. Bundles of MTHs form at the same time as SCs in wild-type cells and also in mutant cells that are unable to form SCs. These results suggest that in yeast, SCs are not crystalline and that they coexist with large, previously unreported meiotic machines.

ABSTRACT The structure of chromatin at the nucleosome level inside cells is mysterious. Here we present in situ cryo-ET analyses of chromatin in both G1 and metaphase RPE-1 cells. G1 nucleosomes are concentrated in globular chromatin domains and metaphase nucleosomes are concentrated in the chromatids. Classification analysis reveals that canonical mononucleosomes, ordered stacked dinucleosomes, and mononucleosomes with a disordered gyre-proximal density are abundant in both cell-cycle states. Class averages that have more than two stacked nucleosomes or that have side-by-side dinucleosomes are not detected, suggesting that groups of more than two nucleosomes are heterogeneous. Large multi-megadalton structures are abundant in G1 nucleoplasm, but not found in G1 chromatin domains and metaphase chromatin. The macromolecular phenotypes studied here represent a starting point for the comparative analysis of condensation in normal and unhealthy human cells, in other cell-cycle states, other organisms, and in vitro chromatin assemblies.

Abstract Iron is an essential element involved in various metabolic processes. The ferritin family of proteins forms nanocage assembly and are involved in iron oxidation, storage and mineralization. Although several structures of human ferritin and bacterioferritin subunits have been resolved, there is still no complete structure that shows both the trapped Fe-biomineral cluster along with the nanocage. Furthermore, whereas the mechanism of iron trafficking has been explained using various approaches, an atomic-level description of the pathway and the biomineralization that occurs inside the cavity are lacking. Here, we report three cryo-EM structures of different states of the Streptomyces coelicolor bacterioferritin nanocage (i.e., apo, holo) at 3.4 Å to 4.6 Å resolution and the subunit crystal structure at 2.6 Å resolution. The holo forms show different stages of Fe-biomineral accumulation inside the nanocage and suggest the possibility of a different Fe biomineral accumulation process. The cryo-EM map shows connections between the Fe-biomineral cluster and residues such as Thr157 and Lys42 from the protein shell, which are involved in iron transport. Mutation and truncation of the bacterioferritin residues involved in these connections can significantly reduce iron binding as compared with wild type bacterioferritin. Moreover, S. coelicolor bacterioferritin binds to various DNA fragments, similar to Dps (DNA-binding protein from starved cells) proteins. Collectively, our results represent a prototype for the ferritin nanocage, revealing insight into its biomineralization and the potential channel for ferritin-associated iron trafficking.

At the onset of mitosis, chromosomes condense into discrete bodies. This transformation involves rearrangement at the nucleosome level and has consequences for transcription, but the details remain unclear. Here, we use cryo-electron tomography to determine the 3-D arrangement of nucleosomes and other large nuclear features in interphase and mitotic fission yeast cells. Nucleosomes can form heterogenous clusters in both interphase and mitotic cells, but none the size of a Hi-C domain. Furthermore, the nucleosomes are mingled with two features: nucleosome-free pockets and ribosome-sized 'megacomplexes'. Compared to interphase chromatin, the nucleosomes in mitotic chromatin pack in larger clusters. Furthermore, mitotic chromatin contained fewer megacomplexes. However, nearest-neighbor distance analysis revealed that mitotic nucleosome clusters have the same packing density as in interphase. Therefore, the uneven chromosome condensation helps explain a longstanding enigma of mitosis: most genes are silenced but a subset is upregulated.

COVID-19 caused by the emerging human coronavirus, SARS-CoV-2, has become a global pandemic, leading a serious threat to human health. So far, there is none vaccines or specific antiviral drugs approved for that. Therapeutic antibodies for SARS-CoV-2, was obtained from hyper immune equine plasma in this study. Herein, SARS-CoV-2 RBD with gram level were obtained through Chinese hamster ovary cells high-density fermentation. The binding of RBD to SARS-CoV-2 receptor, human ACE2, was verified and the efficacy of RBD in vivo was tested on mice and then on horses. As a result, RBD triggered high-titer neutralizing antibodies in vivo, and immunoglobulin fragment F(ab')2 was prepared from horse antisera through removing Fc. Neutralization test demonstrated that RBD-specific F(ab')2 inhibited SARS-CoV-2 with EC50 at 0.07 μg/ml, showing a potent inhibitory effect on SARS-CoV-2. These results highlights as RBD-specific F(ab')2 as therapeutic candidate for SARS-CoV-2.### Competing Interest Statement

Chromatin organization has an important role in the regulation of eukaryotic systems. While recent studies have refined the 3-D models of chromatin organization with high resolution at the genome sequence level, little is known about how the most fundamental units of chromatin -- nucleosomes -- are positioned in 3-D in vivo. Here we have used electron cryotomography to study chromatin organization in the budding yeast S. cerevisiae. Direct visualization of yeast nuclear densities shows no evidence of 30-nm chromatin fibers. Aside from pre-ribosomes and spindle microtubules, few nuclear structures are larger than a tetranucleosome. Yeast chromatin does not form compact structures in interphase or mitosis and is consistent with being in an "open" configuration that is conducive to high levels of transcription. In the absence of higher-order chromatin packing, we propose that yeast can regulate its transcription using local nucleosome-nucleosome associations.