Identification of host genes essential for severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection may reveal novel therapeutic targets and inform our understanding of coronavirus disease 2019 (COVID-19) pathogenesis. Here we performed genome-wide CRISPR screens in Vero-E6 cells with SARS-CoV-2, Middle East respiratory syndrome CoV (MERS-CoV), bat CoV HKU5 expressing the SARS-CoV-1 spike, and vesicular stomatitis virus (VSV) expressing the SARS-CoV-2 spike. We identified known SARS-CoV-2 host factors, including the receptor ACE2 and protease Cathepsin L. We additionally discovered pro-viral genes and pathways, including HMGB1 and the SWI/SNF chromatin remodeling complex, that are SARS lineage and pan-coronavirus specific, respectively. We show that HMGB1 regulates ACE2 expression and is critical for entry of SARS-CoV-2, SARS-CoV-1, and NL63. We also show that small-molecule antagonists of identified gene products inhibited SARS-CoV-2 infection in monkey and human cells, demonstrating the conserved role of these genetic hits across species. This identifies potential therapeutic targets for SARS-CoV-2 and reveals SARS lineage-specific and pan-CoV host factors that regulate susceptibility to highly pathogenic CoVs.

ABSTRACT Noroviruses are a leading cause of gastrointestinal infection in humans and mice. Understanding human norovirus (HuNoV) cell tropism has important implications for our understanding of viral pathogenesis. Murine norovirus (MNoV) is extensively used as a surrogate model for HuNoV. We previously identified CD300lf as the receptor for MNoV. Here, we generated a Cd300lf conditional knockout ( CD300lf F/F ) mouse to elucidate the cell tropism of persistent and non-persistent strains of murine norovirus. Using this mouse model, we demonstrate that CD300lf expression on intestinal epithelial cells (IECs), and on tuft cells in particular, is essential for transmission of the persistent MNoV strain CR6 (MNoV CR6 ) in vivo . In contrast, the nonpersistent MNoV strain CW3 (MNoV CW3 ) does not require CD300lf expression on IECs for infection. However, deletion of CD300lf in myelomonocytic cells ( LysM Cre+) partially reduces CW3 viral load in lymphoid and intestinal tissues. Disruption of CD300lf expression on B cells ( CD19 Cre ), neutrophils ( Mrp8 Cre ), and dendritic cells ( CD11c Cre ) did not affect CW3 viral RNA levels. Finally, we show that the transcription factor STAT1, which is critical for the innate immune response, partially restricts the cell tropism of MNoV CW3 to LysM+ cells. Taken together, these data demonstrate that CD300lf expression on tuft cells is essential for MNoV CR6 , that myelomonocytic cells are a major, but not exclusive, target cell of MNoV CW3 , and that STAT1 signaling restricts the cellular tropism of MNoV CW3 . This provides the first genetic system to study the cell type-specific role of CD300lf in norovirus pathogenesis. IMPORTANCE Human noroviruses (HuNoVs) are a leading cause of gastroenteritis resulting in up to 200,000 deaths each year. The receptor and cell tropism of HuNoV in immunocompetent humans are unclear. We use murine norovirus (MNoV) as a model for HuNoV. We recently identified CD300lf as the sole physiologic receptor for MNoV. Here, we leverage this finding to generate a Cd300lf conditional knockout mouse to decipher the contributions of specific cell types to MNoV infection. We demonstrate that persistent MNoV CR6 requires CD300lf expression on tuft cells. In contrast, multiple CD300lf+ cell types, dominated by myelomonocytic cells, are sufficient for non-persistent MNoV CW3 infection. CD300lf expression on epithelial cells, B cells, neutrophils, and dendritic cells is not critical for MNoV CW3 infection. Mortality associated with MNoV CW3 strain in Stat1 -/- mice does not require CD300lf expression on LysM+ cells, highlighting that both CD300lf receptor expression and innate immunity regulate MNoV cell tropism in vivo .

Identification of host genes essential for SARS-CoV-2 infection may reveal novel therapeutic targets and inform our understanding of COVID-19 pathogenesis. Here we performed a genome-wide CRISPR screen with SARS-CoV-2 and identified known SARS-CoV-2 host factors including the receptor ACE2 and protease Cathepsin L. We additionally discovered novel pro-viral genes and pathways including the SWI/SNF chromatin remodeling complex and key components of the TGF-β signaling pathway. Small molecule inhibitors of these pathways prevented SARS-CoV-2-induced cell death. We also revealed that the alarmin HMGB1 is critical for SARS-CoV-2 replication. In contrast, loss of the histone H3.3 chaperone complex sensitized cells to virus-induced death. Together this study reveals potential therapeutic targets for SARS-CoV-2 and highlights host genes that may regulate COVID-19 pathogenesis.

Murine norovirus (MNoV) is an important model of human norovirus (HNoV) and mucosal virus infection more broadly. Viral receptor utilization is a major determinant of cell tropism, host range, and pathogenesis. The bona fide receptor for HNoV is unknown. Recently, we identified CD300lf as a proteinaceous receptor for MNoV. Interestingly, its paralogue CD300ld was also sufficient for MNoV infection in vitro . Here we explored whether CD300lf is the sole physiologic receptor in vivo and whether HNoV can use a CD300 ortholog as an entry receptor. We report that both CD300ld and CD300lf are sufficient for infection by diverse MNoV strains in vitro . We further demonstrate that CD300lf is essential for both oral and parenteral MNoV infection and to elicit anti-MNoV humoral responses in vivo . In mice deficient in STAT1 signaling, CD300lf is required for MNoV-induced lethality. However, after high dose intraperitoneal challenge with MNoV in Cd300lf −/− Stat1 −/− mice a single amino acid mutation in the MNoV capsid protein emerged. This substitution did not alter receptor utilization in vitro . Finally, we demonstrate that human CD300lf (huCD300lf) is not essential for HNoV infection, nor does huCD300lf inhibit binding of HNoV virus-like particles to glycans. Thus, we report huCD300lf is not a receptor for HNoV.Author Summary Human norovirus is the leading cause of non-bacterial gastroenteritis causing up to 200,000 deaths each year. How human norovirus enters cells is unknown. Because human norovirus is difficult to grow in the laboratory and in small animals, we use mouse or murine norovirus as a model system. We recently discovered that murine norovirus can use the either CD300ld or CD300lf as a receptor in vitro . We also showed that CD300lf deficient mice were resistant to oral challenge with a single virus strain. Here we determined that CD300lf is essential for infection of diverse murine norovirus strains in cell lines and in mice with normal immune systems demonstrating it’s the primary physiologic receptor for diverse murine norovirus strains independent of infection route. However, in immunodeficient mice injected with high dose virus directly into the abdominal cavity, we observed a norovirus mutant that enabled CD300lf-independent infection. Finally, we demonstrated that human CD300lf is not the elusive receptor for human norovirus.