During the evolution of SARS-CoV-2 in humans, a D614G substitution in the spike glycoprotein (S) has emerged; virus containing this substitution has become the predominant circulating variant in the COVID-19 pandemic1. However, whether the increasing prevalence of this variant reflects a fitness advantage that improves replication and/or transmission in humans or is merely due to founder effects remains unknown. Here we use isogenic SARS-CoV-2 variants to demonstrate that the variant that contains S(D614G) has enhanced binding to the human cell-surface receptor angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), increased replication in primary human bronchial and nasal airway epithelial cultures as well as in a human ACE2 knock-in mouse model, and markedly increased replication and transmissibility in hamster and ferret models of SARS-CoV-2 infection. Our data show that the D614G substitution in S results in subtle increases in binding and replication in vitro, and provides a real competitive advantage in vivo—particularly during the transmission bottleneck. Our data therefore provide an explanation for the global predominance of the variant that contains S(D614G) among the SARS-CoV-2 viruses that are currently circulating. A SARS-CoV-2 variant containing a D614G substitution in the spike protein shows enhanced binding to human ACE2, increased replication in human cell cultures and a competitive advantage in animal models of infection.

Abstract During the evolution of SARS-CoV-2 in humans a D614G substitution in the spike (S) protein emerged and became the predominant circulating variant (S-614G) of the COVID-19 pandemic 1 . However, whether the increasing prevalence of the S-614G variant represents a fitness advantage that improves replication and/or transmission in humans or is merely due to founder effects remains elusive. Here, we generated isogenic SARS-CoV-2 variants and demonstrate that the S-614G variant has (i) enhanced binding to human ACE2, (ii) increased replication in primary human bronchial and nasal airway epithelial cultures as well as in a novel human ACE2 knock-in mouse model, and (iii) markedly increased replication and transmissibility in hamster and ferret models of SARS-CoV-2 infection. Collectively, our data show that while the S-614G substitution results in subtle increases in binding and replication in vitro , it provides a real competitive advantage in vivo , particularly during the transmission bottle neck, providing an explanation for the global predominance of S-614G variant among the SARS-CoV-2 viruses currently circulating.

ABSTRACT RNA pol II transcribes snRNA genes in close proximity to Cajal bodies, subnuclear compartments that depend on the SUMO isopeptidase USPL1 for their assembly. We show here that overexpression of USPL1 alters snRNA 3’-end cleavage, a process carried out by the Integrator complex. Beyond its role in snRNA biogenesis, this complex is responsible for regulating the expression of different non-coding and coding transcripts. We validated several subunits of the complex as SUMO conjugation substrates, and found that the SUMOylation of INTS11 subunit is regulated by USPL1. We defined Lys 381, Lys 462 and Lys 475 as bona fide SUMO attachment sites within INTS11 and observed that SUMOylation of this protein is required for efficient Integrator activity. Moreover, while an INTS11 SUMOylation deficient mutant is still capable of interacting with INTS4 and INTS9, its interaction with other subunits of the complex is affected. This mutant also shows a more cytoplasmatic localization than the wild type protein. These findings point to a regulatory role of SUMO conjugation on Integrator activity and suggest the involvement of INTS11 SUMOylation in the assembly of the complex. Furthermore, this work adds the Integrator-dependent RNA processing to the growing list of cellular processes regulated by SUMO conjugation.

Abstract A subset of circular RNAs (circRNAs) and linear RNAs have been proposed to “sponge” or block microRNA activity. Additionally, certain RNAs induce microRNA destruction through the process of Target RNA-Directed MicroRNA Degradation (TDMD), but whether both linear and circular transcripts are equivalent in driving TDMD is unknown. Here we study whether circular/linear topology of endogenous and artificial RNA targets affects TDMD. Consistent with previous knowledge that Cdr1as (ciRS-7) circular RNA protects miR-7 from Cyrano-mediated TDMD, we demonstrate that depletion of Cdr1as reduces miR-7 abundance. In contrast, overexpression of an artificial linear version of Cdr1as drives miR-7 degradation. Using plasmids that express a circRNA with minimal co-expressed cognate linear RNA, we show differential effects on TDMD that cannot be attributed to the nucleotide sequence, as the TDMD properties of a sequence often differ between its circular and linear forms. By analysing RNA sequencing data of a neuron differentiation system, we further detect potential effects of circRNAs on microRNA stability. Our results support the view that RNA circularity influences TDMD, either enhancing or inhibiting it on specific microRNAs.