Lethal factor (LF) is a protein (relative molecular mass 90,000) that is critical in the pathogenesis of anthrax1,2,3. It is a highly specific protease that cleaves members of the mitogen-activated protein kinase kinase (MAPKK) family near to their amino termini, leading to the inhibition of one or more signalling pathways4,5,6. Here we describe the crystal structure of LF and its complex with the N terminus of MAPKK-2. LF comprises four domains: domain I binds the membrane-translocating component of anthrax toxin, the protective antigen (PA); domains II, III and IV together create a long deep groove that holds the 16-residue N-terminal tail of MAPKK-2 before cleavage. Domain II resembles the ADP-ribosylating toxin from Bacillus cereus, but the active site has been mutated and recruited to augment substrate recognition. Domain III is inserted into domain II, and seems to have arisen from a repeated duplication of a structural element of domain II. Domain IV is distantly related to the zinc metalloprotease family, and contains the catalytic centre; it also resembles domain I. The structure thus reveals a protein that has evolved through a process of gene duplication, mutation and fusion, into an enzyme with high and unusual specificity.

Synthetic peptides that specifically bind nuclear hormone receptors offer an alternative approach to small molecules for the modulation of receptor signaling and subsequent gene expression. Here we describe the design of a series of novel stapled peptides that bind the coactivator peptide site of estrogen receptors. Using a number of biophysical techniques, including crystal structure analysis of receptor-stapled peptide complexes, we describe in detail the molecular interactions and demonstrate that all-hydrocarbon staples modulate molecular recognition events. The findings have implications for the design of stapled peptides in general.

Cyclic AMP promotes EPAC1 and EPAC2 activation through direct binding to a specific cyclic nucleotide-binding domain (CNBD) within each protein, leading to activation of Rap GTPases, which control multiple cell responses, including cell proliferation, adhesion, morphology, exocytosis, and gene expression. As a result, it has become apparent that directed activation of EPAC1 and EPAC2 with synthetic agonists may also be useful for the future treatment of diabetes and cardiovascular diseases. To identify new EPAC agonists we have developed a fluorescent-based, ultra-high-throughput screening (uHTS) assay that measures the displacement of binding of the fluorescent cAMP analogue, 8-NBD-cAMP to the EPAC1 CNBD. Triage of the output of an approximately 350,000 compound screens using this assay identified a benzofuran oxaloacetic acid EPAC1 binder (SY000) that displayed moderate potency using orthogonal assays (competition binding and microscale thermophoresis). We next generated a limited library of 91 analogues of SY000 and identified SY009, with modifications to the benzofuran ring associated with a 10-fold increase in potency towards EPAC1 over SY000 in binding assays. In vitro EPAC1 activity assays confirmed the agonist potential of these molecules in comparison with the known EPAC1 non-cyclic nucleotide (NCN) partial agonist, I942. Rap1 GTPase activation assays further demonstrated that SY009 selectively activates EPAC1 over EPAC2 in cells. SY009 therefore represents a novel class of NCN EPAC1 activators that selectively activate EPAC1 in cellulae.