Different serological assays measuring anti–SARS-CoV-2 antibodies and their neutralizing activity in samples from individuals with severe and mild COVID-19 are compared.

ABSTRACT Key steps in viral propagation, immune suppression, and pathology are mediated by direct, binary, physical interactions between viral and host proteins. To understand the biology of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection, we generated an unbiased systematic map of binary interactions between viral and host proteins, complementing previous co-complex association maps by conveying more direct mechanistic understanding and potentially enabling targeted disruption of direct interactions. To this end, we deployed two parallel strategies, identifying 205 virus-host and 27 intraviral binary interactions amongst 171 host and 19 viral proteins, and confirming high quality of these interactions via a calibrated orthogonal assay. Host proteins interacting with SARS-CoV-2 proteins are enriched in various cellular processes, including immune signaling and inflammation, protein ubiquitination, and membrane trafficking. Specific subnetworks provide new hypotheses related to viral modulation of host protein homeostasis and T-cell regulation. The binary virus-host protein interactions we identified can now be prioritized as targets for therapeutic intervention. More generally, we provide a resource of systematic maps describing which SARS-CoV-2 and human proteins interact directly.

Abstract As a key player involved in various cellular pathways, including innate immune response activation, the human ubiquitin-proteasome system (UPS) is particularly targeted by viral proteins upon infection. Indeed, most viruses have evolved to counteract and hijack this system, as it is the case for the influenza A virus (IAV). The non-structural protein 1 (NS1) is described as the main IAV virulence factor, which is known to interact with several cellular proteins, including some UPS factors that are important for the viral escape of the immune cell response. In this study, we profiled the overall interplay between the NS1 proteins of multiple IAV strains and the human UPS. We identified 98 UPS factors directly interacting with NS1 of all or a subset of the studied strains, and we functionally studied 18 of them. We highlighted the involvement of these UPS factors in the IAV life cycle by performing viral titrations, minigenome replicon assays and an ISRE-luc (IFN pathway) assays. Furthermore, we analyzed the expression and subcellular localizations of FZR1, MKRN3, RC3H2 and SHKBP1 upon IAV infection. This interactomics approach allows for an improved understanding of the interplay between NS1 and UPS pathway in the context of an IAV-mediated inhibition of cellular anti-viral responses. Importance Influenza A viruses (IAV) are pathogens responsible for annual flu epidemics causing up to 650,000 deaths each year, resulting in a significant impact in public health and global economy. IAV are also responsible of occasionally pandemic outbreaks in human population, such as in 1918 that caused the death of 50-100 million people. Non-structural protein 1 (NS1) is the main IAV virulence factor; it acts by direct interactions with several cellular proteins, leading to the host shut-off and to the inhibition of the host cell innate immune response. Since the ubiquitin-proteasome system (UPS) plays a crucial role in the innate immune response activation, it is a designated target for NS1 upon infection. Our research thus focused on the identification of interactions between NS1 of 6 different IAV strains and the UPS, to better understand the interplay between this viral protein and the UPS upon viral infection.

Abstract Viral replication is dependent on interactions between viral polypeptides and host proteins. Identifying virus-host protein interactions can thus uncover unique opportunities for interfering with the virus life cycle via novel drug compounds or drug repurposing. Importantly, many viral-host protein interactions take place at intracellular membranes and poorly soluble organelles, which are difficult to profile using classical biochemical purification approaches. Applying proximity-dependent biotinylation (BioID) with the fast-acting miniTurbo enzyme to 27 SARS-CoV-2 proteins in a lung adenocarcinoma cell line (A549), we detected 7810 proximity interactions (7382 of which are new for SARS-CoV-2) with 2242 host proteins (results available at covid19interactome.org). These results complement and dramatically expand upon recent affinity purification-based studies identifying stable host-virus protein complexes, and offer an unparalleled view of membrane-associated processes critical for viral production. Host cell organellar markers were also subjected to BioID in parallel, allowing us to propose modes of action for several viral proteins in the context of host proteome remodelling. In summary, our dataset identifies numerous high confidence proximity partners for SARS-CoV-2 viral proteins, and describes potential mechanisms for their effects on specific host cell functions.

SRC kinase associated phosphoprotein 1 (SKAP1), an adaptor for protein assembly, plays an important role in the immune system such as stabilizing immune synapses. Understanding how these functions are controlled at the level of the protein-protein interactions is necessary to describe these processes and to develop therapeutics. Here, we dissected the SKAP1 modular organization to recognize SRC kinases and compared it to that of its paralog SRC kinase associated phosphoprotein 2 (SKAP2). Different conserved motifs common to either both proteins or specific to SKAP2 were found using this comparison. Two modules harboring different binding properties between SKAP1 and SKAP2 were identified: one composed of two conserved motifs located in the second interdomain interacting at least with the SH2 domain of SRC kinases and a second one composed of the DIM domain modulated by the SH3 domain and the activation of SRC kinases. This work suggests a convergent evolution of the binding properties of some SRC kinases interacting specifically with either SKAP1 or SKAP2.

Deubiquitylases (DUBs) regulate critical signaling pathways at the intersection of host innate immunity and viral pathogenesis. Although RIG-I activation is heavily dependent on ubiquitylation, DUBs that regulate this pathway have not been identified. Using a ubiquitin C-terminal electrophile, we profiled DUBs that function during influenza A virus (IAV) infection, and isolated OTUB1 as a key regulator of RIG-I dependent antiviral responses. OTUB1 was interferon-inducible, and interacted with RIG-I, viral PB2 and NS1. Upon infection, OTUB1 relocalised from the nucleus to mitochondrial membranes, and activated the RIG-I signalling complex via hydrolysis of K48 polyubiquitin chains and by forming a repressive complex with UBCH5c. Using a reconstituted system composed of in vitro translated [35S]IRF3, purified RIG-I, mitochondrial membranes and cytosol expressing OTUB1 variants, we recapitulated the mechanism of OTUB1-dependent RIG-I activation. A wide range of IAV NS1 proteins triggered proteasomal degradation of OTUB1, thereby antagonizing the RIG-I signalling cascade and antiviral responses.

ABSTRACT A challenge for the development of host-targeted anti-infectives against a large spectrum of AB-like toxin-producing bacteria encompasses the identification of chemical compounds corrupting toxin transport through both endolysosomal and retrograde pathways. Here, we performed a high-throughput screening of small chemical compounds blocking active Rac1 proteasomal degradation triggered by the Cytotoxic Necrotizing Factor-1 (CNF1) toxin, followed by orthogonal screens against two AB toxins hijacking defined endolysosomal (Diphtheria toxin) or retrograde (Shiga-like toxin 1) pathways to intoxicate cells. This led to the identification of the molecule N-(3,3-diphenylpropyl)-1-propyl-4-piperidinamine, referred to as C910. This compound induces the swelling of EEA1-positive early endosomes, in absence of PIKfyve kinase inhibition, and disturbs the trafficking of CNF1 and the B-subunit of Shiga toxin along the endolysosomal or retrograde pathways, respectively. Together, we show that C910 protects cells against 8 bacterial AB toxins including large clostridial glucosylating toxins from Clostridium difficile . Of interest, C910 also reduced viral infection in vitro including influenza A virus subtype H1N1 and SARS-CoV-2. Moreover, parenteral administration of C910 to the mice resulted in its accumulation in lung tissues and reduced lethal influenza infection.

Complementary assays are required to comprehensively map complex biological entities such as genomes, proteomes and interactome networks. However, how various assays can be optimally combined to approach completeness while maintaining high precision often remains unclear. Here, we propose a framework for binary protein-protein interaction (PPI) mapping based on optimally combining assays and/or assay versions to maximize detection of true positive interactions, while avoiding detection of random protein pairs. We have engineered a novel NanoLuc two-hybrid (N2H) system that integrates 12 different versions, differing by protein expression systems and tagging configurations. The resulting union of N2H versions recovers as many PPIs as 10 distinct assays combined. Thus, to further improve PPI mapping, developing alternative versions of existing assays might be as productive as designing completely new assays. Our findings should be applicable to systematic mapping of other biological landscapes.