A new and highly pathogenic coronavirus (severe acute respiratory syndrome coronavirus-2, SARS-CoV-2) caused an outbreak in Wuhan city, Hubei province, China, starting from December 2019 that quickly spread nationwide and to other countries around the world1-3. Here, to better understand the initial step of infection at an atomic level, we determined the crystal structure of the receptor-binding domain (RBD) of the spike protein of SARS-CoV-2 bound to the cell receptor ACE2. The overall ACE2-binding mode of the SARS-CoV-2 RBD is nearly identical to that of the SARS-CoV RBD, which also uses ACE2 as the cell receptor4. Structural analysis identified residues in the SARS-CoV-2 RBD that are essential for ACE2 binding, the majority of which either are highly conserved or share similar side chain properties with those in the SARS-CoV RBD. Such similarity in structure and sequence strongly indicate convergent evolution between the SARS-CoV-2 and SARS-CoV RBDs for improved binding to ACE2, although SARS-CoV-2 does not cluster within SARS and SARS-related coronaviruses1-3,5. The epitopes of two SARS-CoV antibodies that target the RBD are also analysed for binding to the SARS-CoV-2 RBD, providing insights into the future identification of cross-reactive antibodies.

The recent emergence of a novel coronavirus (SARS-CoV-2) in China has caused significant public health concerns. Recently, ACE2 was reported as an entry receptor for SARS-CoV-2. In this study, we present the crystal structure of the C-terminal domain of SARS-CoV-2 (SARS-CoV-2-CTD) spike (S) protein in complex with human ACE2 (hACE2), which reveals a hACE2-binding mode similar overall to that observed for SARS-CoV. However, atomic details at the binding interface demonstrate that key residue substitutions in SARS-CoV-2-CTD slightly strengthen the interaction and lead to higher affinity for receptor binding than SARS-RBD. Additionally, a panel of murine monoclonal antibodies (mAbs) and polyclonal antibodies (pAbs) against SARS-CoV-S1/receptor-binding domain (RBD) were unable to interact with the SARS-CoV-2 S protein, indicating notable differences in antigenicity between SARS-CoV and SARS-CoV-2. These findings shed light on the viral pathogenesis and provide important structural information regarding development of therapeutic countermeasures against the emerging virus.

Abstract SARS-CoV-2 is the pathogen responsible for the COVID-19 pandemic. The SARS-CoV-2 papain-like cysteine protease (PLpro) has been implicated in playing important roles in virus maturation, dysregulation of host inflammation, and antiviral immune responses. The multiple functions of PLpro render it a promising drug target. Therefore, we screened a library of approved drugs and also examined available inhibitors against PLpro. Inhibitor GRL0617 showed a promising in vitro IC 50 of 2.1 μM and an effective antiviral inhibition in cell-based assays. The co-crystal structure of SARS-CoV-2 PLpro C111S in complex with GRL0617 indicates that GRL0617 is a non-covalent inhibitor and it resides in the ubiquitin-specific proteases (USP) domain of PLpro. NMR data indicate that GRL0617 blocks the binding of ISG15 C-terminus to PLpro. Using truncated ISG15 mutants, we show that the C-terminus of ISG15 plays a dominant role in binding PLpro. Structural analysis reveals that the ISG15 C-terminus binding pocket in PLpro contributes a disproportionately large portion of binding energy, thus this pocket is a hot spot for antiviral drug discovery targeting PLpro.

ABSTRACT Since SARS-CoV-2 Omicron variant (B.1.1.529) was reported in November 2021, it has quickly spread to many countries and outcompeted the globally dominant Delta variant in several countries. The Omicron variant contains the largest number of mutations to date, with 32 mutations located at spike (S) glycoprotein, which raised great concern for its enhanced viral fitness and immune escape [1–4] . In this study, we reported the crystal structure of the receptor binding domain (RBD) of Omicron variant S glycoprotein bound to human ACE2 at a resolution of 2.6 Å. Structural comparison, molecular dynamics simulation and binding free energy calculation collectively identified four key mutations (S477N, G496S, Q498R and N501Y) for the enhanced binding of ACE2 by the Omicron RBD compared to the WT RBD. Representative states of the WT and Omicron RBD-ACE2 systems were identified by Markov State Model, which provides a dynamic explanation for the enhanced binding of Omicron RBD. The effects of the mutations in the RBD for antibody recognition were analyzed, especially for the S371L/S373P/S375F substitutions significantly changing the local conformation of the residing loop to deactivate several class IV neutralizing antibodies.

ABSTRACT SARS-CoV-2 is the pathogen responsible for the COVID-19 pandemic. The SARS-CoV-2 papain-like cysteine protease has been implicated in virus maturation, dysregulation of host inflammation and antiviral immune responses. We showed that PLpro preferably cleaves the K48-ubiquitin linkage while also being capable of cleaving ISG15 modification. The multiple functions of PLpro render it a promising drug target. Therefore, we screened an FDA-approved drug library and also examined available inhibitors against PLpro. Inhibitor GRL0617 showed a promising IC 50 of 2.1 μM. The co-crystal structure of SARS-CoV-2 PLpro-C111S in complex with GRL0617 suggests that GRL0617 is a non-covalent inhibitor. NMR data indicate that GRL0617 blocks the binding of ISG15 to PLpro. The antiviral activity of GRL0617 reveal that PLpro is a promising drug target for therapeutically treating COVID-19. One Sentence Summary Co-crystal structure of PLpro in complex with GRL0617 reveals the druggability of PLpro for SARS-CoV-2 treatment.

Abstract Main protease (M pro , also known as 3CLpro) has a major role in the replication of coronavirus life cycle and is one of the most important drug targets for anticoronavirus agents. Here we report the crystal structure of main protease of SARS-CoV-2 bound to a previously identified Chinese herb inhibitor shikonin at 2.45 angstrom resolution. Although the structure revealed here shares similar overall structure with other published structures, there are several key differences which highlight potential features that could be exploited. The catalytic dyad His41-Cys145 undergoes dramatic conformational changes, and the structure reveals an unusual arrangement of oxyanion loop stabilized by the substrate. Binding to shikonin and binding of covalent inhibitors show different binding modes, suggesting a diversity in inhibitor binding. As we learn more about different binding modes and their structure-function relationships, it is probable that we can design more effective and specific drugs with high potency that can serve as effect SARS-CoV-2 anti-viral agents.

Abstract M pro is of considerable interest as a drug target in the treatment of COVID-19 since the proteolytic activity of this viral protease is essential for viral replication. Here we report the first insight of the structure M pro for SARS-CoV-2 in the inactive conformation under conditions close to the physiological state (pH 7.5) to an overall resolution of 1.9 Å. The comparisons of M pro in different states reveal that substrate binding site and the active site are more flexible in the inactive conformation than that in the active conformations. Notably, compared with the active conformation of the apo state structure in pH7.6 of SARS, the SARS-CoV-2 apo state is in the inactive conformation under condition close to physiological state (pH7.5). Two water molecules are present in the oxyanion hole in our apo state structure, whereas in the ligand-bound structure, water molecular is absence in the same region. This structure provides novel and important insights that have broad implications for understanding the structural basis underlying enzyme activity, and can facilitate rational, structure-based, approaches for the design of specific SARS-CoV-2 ligands as new therapeutic agents.

While Pt is considered the best catalyst for the electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER), it is evident that non-noble metal alternatives must be explored. In this regard, it is well known that the binding sites for non-noble metals play a pivotal role in facilitating efficient catalysis. Herein, we studied Fe(II) complexes with bidentate 2-(2'-pyridyl)benzoxazole (LO), 2-(2'-pyridyl)benzthiazole (LS), 2-(2'-pyridyl)benzimidazole (LNH), and 2-2'-bipyridyl (Lpy) ligands - by adding trifluoroacetic acid (TFA) to their acetonitrile solution - in order to examine how their reactivity towards protons under reductive conditions could be impacted by the non-coordinating heteroatoms (S, O, N, or none). By applying this ligand series, we found that the reduction potentials relevant for HER correlate with ligand basicity in the presence of TFA. Moreover, DFT calculations underlined the importance of charge distribution in the ligand-based LUMO and LUMO+1 orbitals of the complexes, dependent on the heterocycle. Kinetic studies and controlled potential electrolysis - using TFA as a proton source - revealed HER activities for the complexes with LNH, LO, and LS of

ABSTRACT Accumulating evidence has indicated that receptor-like kinase (RLK) autophosphorylation and substrate phosphorylation triggered by RLK are early and essential events for RLK function. However, the structural and biochemical basis for these early events is largely unclear. Herein, we used RLK FERONIA (FER) as a model and crystallized its core kinase domain (FER-KD) in the dephosphorylated state. We found that FER-KD adopts an active conformation in its crystal structure. Moreover, FER-KD mutants with reduced or no catalytic activity also adopt an active conformation before phosphorylation. Collectively, these observations suggest that FER employs a phosphorylation-independent active state before ligand-induced phosphorylation and full activation. We further demonstrated that FER is a dual-specificity kinase and that autophosphorylation on Tyr residues lags somewhat behind Ser/Thr phosphorylation. More importantly, Tyr phosphorylation is essential for FER-KD to initiate substrate GRP7 phosphorylation. Our work provides a paradigm to study the mechanisms of the early steps of RLK signaling initiation and highlights its “active” form and Tyr phosphorylation-gated roles in response to signaling stimuli.