Abstract The envelope spike (S) proteins of MERS-CoV and SARS-CoV determine the virus host tropism and entry into host cells, and constitute a promising target for the development of prophylactics and therapeutics. Here, we present high-resolution structures of the trimeric MERS-CoV and SARS-CoV S proteins in its pre-fusion conformation by single particle cryo-electron microscopy. The overall structures resemble that from other coronaviruses including HKU1, MHV and NL63 reported recently, with the exception of the receptor binding domain (RBD). We captured two states of the RBD with receptor binding region either buried (lying state) or exposed (standing state), demonstrating an inherently flexible RBD readily recognized by the receptor. Further sequence conservation analysis of six human-infecting coronaviruses revealed that the fusion peptide, HR1 region and the central helix are potential targets for eliciting broadly neutralizing antibodies.

H5N1 avian influenza virus (AIV) has emerged as a pathogenic entity for a variety of species, including humans, in recent years. Here we report an outbreak among migratory birds on Lake Qinghaihu, China, in May and June 2005, in which more than a thousand birds were affected. Pancreatic necrosis and abnormal neurological symptoms were the major clinical features. Sequencing of the complete genomes of four H5N1 AIV strains revealed them to be reassortants related to a peregrine falcon isolate from Hong Kong and to have known highly pathogenic characteristics. Experimental animal infections reproduced typical highly pathogenic AIV infection symptoms and pathology.

Cas13a, a type VI-A CRISPR-Cas RNA-guided RNA ribonuclease, degrades invasive RNAs targeted by CRISPR RNA (crRNA) and has potential applications in RNA technology. To understand how Cas13a is activated to cleave RNA, we have determined the crystal structure of Leptotrichia buccalis (Lbu) Cas13a bound to crRNA and its target RNA, as well as the cryo-EM structure of the LbuCas13a-crRNA complex. The crRNA-target RNA duplex binds in a positively charged central channel of the nuclease (NUC) lobe, and Cas13a protein and crRNA undergo a significant conformational change upon target RNA binding. The guide-target RNA duplex formation triggers HEPN1 domain to move toward HEPN2 domain, activating the HEPN catalytic site of Cas13a protein, which subsequently cleaves both single-stranded target and collateral RNAs in a non-specific manner. These findings reveal how Cas13a of type VI CRISPR-Cas systems defend against RNA phages and set the stage for its development as a tool for RNA manipulation.

Adapting to the right light In plants, photosystem II is the first protein complex in the machinery that converts sunlight into chemical energy. It comprises antennae complexes (LHCIIs), which collect the light energy, and a dimeric core that contains the reaction center where water is split into oxygen and protons. Su et al. report cryo-electron microscopy structures of a supercomplex consisting of the dimeric core, two strongly bound LHCIIs, and two moderately bound LHCIIs (see the Perspective by Croce and van Amerongen). Under high-light conditions, the moderately bound LHCIIs might detach to down-regulate the efficiency of light harvesting and prevent damage. Science , this issue p. 815 ; see also p. 752

Plants regulate photosynthetic light harvesting to maintain balanced energy flux into photosystems I and II (PSI and PSII). Under light conditions favoring PSII excitation, the PSII antenna, light-harvesting complex II (LHCII), is phosphorylated and forms a supercomplex with PSI core and the PSI antenna, light-harvesting complex I (LHCI). Both LHCI and LHCII then transfer excitation energy to the PSI core. We report the structure of maize PSI-LHCI-LHCII solved by cryo-electron microscopy, revealing the recognition site between LHCII and PSI. The PSI subunits PsaN and PsaO are observed at the PSI-LHCI interface and the PSI-LHCII interface, respectively. Each subunit relays excitation to PSI core through a pair of chlorophyll molecules, thus revealing previously unseen paths for energy transfer between the antennas and the PSI core.

Abstract A new SARS-CoV-2 variant named Omicron (B.1.1.529) discovered initially in South Africa has recently been proposed as a variant of concern (VOC) by the World Health Organization, because of its high transmissibility and resistance to current vaccines and therapeutic antibodies. Therefore, rapid development of vaccines against prevalent variants including Omicron is urgently needed for COVID-19 prevention. Here, we designed a self-assembling ferritin-based nanoparticle (FNP) vaccine against the SARS-CoV-2 Omicron variant. The purified Fc-RBD Omicron automatically formed a dimer depending on the nature of the Fc tag, thus assembling onto the nanoparticles by the Fc-protein A tag interaction (FNP-Fc-RBD Omicron ). The results of hACE2-transgenic mice immunization showed that SARS-CoV-2 Omicron RBD-specific IgG titer induced by FNP-Fc-RBDOmicron was much higher than that by Fc-RBD Omicron . Consistently, the sera showed a higher neutralizing activity against SARS-CoV-2 Omicron BA.1 and BA.2 in the FNP-Fc-RBD Omicron immunized mice, indicating that immunization of a self-assembling ferritin-based nanoparticle vaccine offers a robust humoral immune response against Omicron variants. This study offers a great potential for the quick response of the emerging SARS-CoV-2 variants and affords versatility to develop universal vaccines against other emerging and reemerging coronaviruses in the future.

Mammalian mitochondrial inner membrane fusion is mediated by OPA1(optic atrophy 1). Under physiological condition, OPA1 undergoes proteolytic processing to form a membrane-anchored long isoform (L-OPA1) and a soluble short isoform (S-OPA1). A combination of L-OPA1 and S-OPA1 are required for membrane fusion, however, the relevant mechanism is not well understood. In this study, we investigate the cryo-EM structures of S-OPA1 coated liposome at nucleotide-free and GTPγS bound states. S-OPA1 exhibits a general structure of dynamin family. It can assemble onto membrane in a helical array with a building block of dimer and thus induce membrane tubulation. A predicted amphipathic helix is discovered to mediate the tubulation activity of S-OPA1. The binding of GTPγS triggers a conformational rotation between GTPase domain and stalk region, resulting the rearrangement of helical lattice and tube expansion. This observation is opposite to the behavior of other dynamin proteins, suggesting a unique role of S-OPA1 in the fusion of mitochondrial inner membrane.SIGNIFICANCE STATEMENT Mitochondria are highly dynamic cellular organelles that constitute a remarkably dynamic network. Such dynamic network is vital to keep homeostasis of cellular metabolism and it is balanced by fission and fusion events. Having the double membrane, the fusion of mitochondria becomes more complicated in comparison with other cellular mono-membrane organelles. The inner membrane fusion is driven by OPA1 that needs to be pre-processed to long and short forms while the molecular mechanism is largely unknown. This work well characterizes the biochemical property of the short form of OPA1, and reveals how it interacts with membrane and how its conformation responds to nucleotide binding. This work gives a further insight into mitochondrial inner membrane fusion mechanism.

Mitochondrial fission is facilitated by dynamin-related protein Drp1 and a variety of its receptors. However, the molecular mechanism of how Drp1 is recruited to the mitochondrial surface by receptors MiD49 and MiD51 remains elusive. Here, we showed that the interaction between Drp1 and MiD51 is regulated by GTP binding and depends on the polymerization of Drp1. We identified two regions on MiD51 that directly bind to Drp1, and found that dimerization of MiD51 via an intermolecular disulfide bond between C452 residues is required for MiD51 to directly interact with Drp1. Our Results have suggested a multi-faceted regulatory mechanism for the interaction between Drp1 and MiD51 that illustrates the potentially complicated and tight regulation of mitochondrial fission.