An antibody able to broadly neutralize both group 1 and group 2 influenza A viruses—and its target epitope—are identified.

AMP-activated protein kinase (AMPK) has an important role in regulating cellular energy metabolism; in response to a fall in intracellular ATP levels, it activates energy-producing pathways and inhibits energy-consuming processes. Here, a role for ADP in regulating AMPK by protecting the enzyme from dephosphorylation is defined, and a crystal structure of the active enzyme containing the kinase domain is presented. A model is proposed for how AMP and ADP regulate AMPK activity. The heterotrimeric AMP-activated protein kinase (AMPK) has a key role in regulating cellular energy metabolism; in response to a fall in intracellular ATP levels it activates energy-producing pathways and inhibits energy-consuming processes1. AMPK has been implicated in a number of diseases related to energy metabolism including type 2 diabetes, obesity and, most recently, cancer2,3,4,5,6. AMPK is converted from an inactive form to a catalytically competent form by phosphorylation of the activation loop within the kinase domain7: AMP binding to the γ-regulatory domain promotes phosphorylation by the upstream kinase8, protects the enzyme against dephosphorylation, as well as causing allosteric activation9. Here we show that ADP binding to just one of the two exchangeable AXP (AMP/ADP/ATP) binding sites on the regulatory domain protects the enzyme from dephosphorylation, although it does not lead to allosteric activation. Our studies show that active mammalian AMPK displays significantly tighter binding to ADP than to Mg-ATP, explaining how the enzyme is regulated under physiological conditions where the concentration of Mg-ATP is higher than that of ADP and much higher than that of AMP. We have determined the crystal structure of an active AMPK complex. The structure shows how the activation loop of the kinase domain is stabilized by the regulatory domain and how the kinase linker region interacts with the regulatory nucleotide-binding site that mediates protection against dephosphorylation. From our biochemical and structural data we develop a model for how the energy status of a cell regulates AMPK activity.

Polo-like kinases (Plks) perform crucial functions in cell-cycle progression and multiple stages of mitosis. Plks are characterized by a C-terminal noncatalytic region containing two tandem Polo boxes, termed the Polo-box domain (PBD), which has recently been implicated in phosphodependent substrate targeting. We show that the PBDs of human, Xenopus, and yeast Plks all recognize similar phosphoserine/threonine-containing motifs. The 1.9 A X-ray structure of a human Plk1 PBD-phosphopeptide complex shows that the Polo boxes each comprise beta6alpha structures that associate to form a 12-stranded beta sandwich domain. The phosphopeptide binds along a conserved, positively charged cleft located at the edge of the Polo-box interface. Mutations that specifically disrupt phosphodependent interactions abolish cell-cycle-dependent localization and provide compelling phenotypic evidence that PBD-phospholigand binding is necessary for proper mitotic progression. In addition, phosphopeptide binding to the PBD stimulates kinase activity in full-length Plk1, suggesting a conformational switching mechanism for Plk regulation and a dual functionality for the PBD.

The 1918 influenza pandemic resulted in about 20 million deaths. This enormous impact, coupled with renewed interest in emerging infections, makes characterization of the virus involved a priority. Receptor binding, the initial event in virus infection, is a major determinant of virus transmissibilitythat, for influenza viruses, is mediated by the hemagglutinin (HA) membrane glycoprotein. We have determined the crystal structures of the HA from the 1918 virus and two closelyrelated HAs in complex with receptor analogs. Theyexplain how the 1918 HA, while retaining receptor binding site amino acids characteristic of an avian precursor HA, is able to bind human receptors and how, as a consequence, the virus was able to spread in the human population.

The molecular basis for oseltamivir (Tamiflu) resistance in some clinical isolates of the H5N1 influenza virus has been identified as a mutation in the drug's target, viral neuraminidase. However, the enzyme remains susceptible to zanamivir (Relenza), the other neuraminidase inhibitor in general use. This suggests that public health authorities stockpiling antivirals should augment their supplies of oseltamivir with other antiviral drugs to keep open the options for effective drug-combination treatments. Antiviral drugs are seen as essential requirements for control of initial influenza outbreaks caused by a new virus. This paper presents enzymatic properties and crystal structures of neuraminidase mutants from H5N1 infected patients that explain the molecular basis of observed resistance against the neuraminidase inhibitor Oseltamivir. The potential impact of pandemic influenza makes effective measures to limit the spread and morbidity of virus infection a public health priority. Antiviral drugs are seen as essential requirements for control of initial influenza outbreaks caused by a new virus, and in pre-pandemic plans there is a heavy reliance on drug stockpiles. The principal target for these drugs is a virus surface glycoprotein, neuraminidase, which facilitates the release of nascent virus and thus the spread of infection. Oseltamivir (Tamiflu) and zanamivir (Relenza) are two currently used neuraminidase inhibitors that were developed using knowledge of the enzyme structure1,2. It has been proposed that the closer such inhibitors resemble the natural substrate, the less likely they are to select drug-resistant mutant viruses that retain viability3. However, there have been reports of drug-resistant mutant selection in vitro4 and from infected humans5,6. We report here the enzymatic properties and crystal structures of neuraminidase mutants from H5N1-infected patients that explain the molecular basis of resistance. Our results show that these mutants are resistant to oseltamivir but still strongly inhibited by zanamivir owing to an altered hydrophobic pocket in the active site of the enzyme required for oseltamivir binding. Together with recent reports of the viability and pathogenesis of H5N1 (ref. 7) and H1N1 (ref. 8) viruses with neuraminidases carrying these mutations, our results indicate that it would be prudent for pandemic stockpiles of oseltamivir to be augmented by additional antiviral drugs, including zanamivir.

Abstract AMP-activated protein kinase (AMPK) plays a major role in regulating cellular energy balance by sensing and responding to increases in AMP/ADP concentration relative to ATP. Binding of AMP causes allosteric activation of the enzyme and binding of either AMP or ADP promotes and maintains the phosphorylation of threonine 172 within the activation loop of the kinase. AMPK has attracted widespread interest as a potential therapeutic target for metabolic diseases including type 2 diabetes and, more recently, cancer. A number of direct AMPK activators have been reported as having beneficial effects in treating metabolic diseases, but there has been no structural basis for activator binding to AMPK. Here we present the crystal structure of human AMPK in complex with a small molecule activator that binds at a site between the kinase domain and the carbohydrate-binding module, stabilising the interaction between these two components. The nature of the activator-binding pocket suggests the involvement of an additional, as yet unidentified, metabolite in the physiological regulation of AMPK. Importantly, the structure offers new opportunities for the design of small molecule activators of AMPK for treatment of metabolic disorders.

Forkhead-associated (FHA) domains are a class of ubiquitous signaling modules that appear to function through interactions with phosphorylated target molecules. We have used oriented peptide library screening to determine the optimal phosphopeptide binding motifs recognized by several FHA domains, including those within a number of DNA damage checkpoint kinases, and determined the X-ray structure of Rad53p-FHA1, in complex with a phospho-threonine peptide, at 1.6 Å resolution. The structure reveals a striking similarity to the MH2 domains of Smad tumor suppressor proteins and reveals a mode of peptide binding that differs from SH2, 14-3-3, or PTB domain complexes. These results have important implications for DNA damage signaling and CHK2-dependent tumor suppression, and they indicate that FHA domains play important and unsuspected roles in S/T kinase signaling mechanisms in prokaryotes and eukaryotes.