The SARS-CoV-2 virus infects cultured ACE2-expressing human enterocytes aided by the TMPRSS2 and TMPRSS4 serine proteases.

Dysregulated NLRP3 inflammasome activity results in uncontrolled inflammation, which underlies many chronic diseases. Although mitochondrial damage is needed for the assembly and activation of the NLRP3 inflammasome, it is unclear how macrophages are able to respond to structurally diverse inflammasome-activating stimuli. Here we show that the synthesis of mitochondrial DNA (mtDNA), induced after the engagement of Toll-like receptors, is crucial for NLRP3 signalling. Toll-like receptors signal via the MyD88 and TRIF adaptors to trigger IRF1-dependent transcription of CMPK2, a rate-limiting enzyme that supplies deoxyribonucleotides for mtDNA synthesis. CMPK2-dependent mtDNA synthesis is necessary for the production of oxidized mtDNA fragments after exposure to NLRP3 activators. Cytosolic oxidized mtDNA associates with the NLRP3 inflammasome complex and is required for its activation. The dependence on CMPK2 catalytic activity provides opportunities for more effective control of NLRP3 inflammasome-associated diseases. New mitochondrial DNA synthesis links the priming and activation of the NLRP3 inflammasome.

Antibody-based interventions against SARS-CoV-2 could limit morbidity, mortality, and possibly transmission. An anticipated correlate of such countermeasures is the level of neutralizing antibodies against the SARS-CoV-2 spike protein, which engages with host ACE2 receptor for entry. Using an infectious molecular clone of vesicular stomatitis virus (VSV) expressing eGFP as a marker of infection, we replaced the glycoprotein gene (G) with the spike protein of SARS-CoV-2 (VSV-eGFP-SARS-CoV-2) and developed a high-throughput-imaging-based neutralization assay at biosafety level 2. We also developed a focus-reduction neutralization test with a clinical isolate of SARS-CoV-2 at biosafety level 3. Comparing the neutralizing activities of various antibodies and ACE2-Fc soluble decoy protein in both assays revealed a high degree of concordance. These assays will help define correlates of protection for antibody-based countermeasures and vaccines against SARS-CoV-2. Additionally, replication-competent VSV-eGFP-SARS-CoV-2 provides a tool for testing inhibitors of SARS-CoV-2 mediated entry under reduced biosafety containment.

The inflammasome receptor Nlrp9b defends against enteric viruses by interacting with double-stranded viral RNA-bound helicase Dhx9, triggering gasdermin-D-dependent pyroptotic cell death of infected cells and secretion of Il-18. Rotaviruses cause severe and often fatal gastroenterological illnesses in young children. The mechanism by which such enteric viruses are detected and restricted in vivo is largely unknown. Richard Flavell and colleagues report how the inflammasome receptor Nlrp9 helps to defend against enteric viruses, via RNA helicase Dhx9, by interacting with double-stranded viral RNA. This interaction triggers gasdermin-D-dependent pyroptotic cell death of infected cells and secretion of IL-18. This innate immune signalling functions uniquely in intestinal epithelial cells and could reveal useful targets in the modulation of viral defences. Rotavirus, a leading cause of severe gastroenteritis and diarrhoea in young children, accounts for around 215,000 deaths annually worldwide1. Rotavirus specifically infects the intestinal epithelial cells in the host small intestine and has evolved strategies to antagonize interferon and NF-κB signalling2,3,4,5, raising the question as to whether other host factors participate in antiviral responses in intestinal mucosa. The mechanism by which enteric viruses are sensed and restricted in vivo, especially by NOD-like receptor (NLR) inflammasomes, is largely unknown. Here we uncover and mechanistically characterize the NLR Nlrp9b that is specifically expressed in intestinal epithelial cells and restricts rotavirus infection. Our data show that, via RNA helicase Dhx9, Nlrp9b recognizes short double-stranded RNA stretches and forms inflammasome complexes with the adaptor proteins Asc and caspase-1 to promote the maturation of interleukin (Il)-18 and gasdermin D (Gsdmd)-induced pyroptosis. Conditional depletion of Nlrp9b or other inflammasome components in the intestine in vivo resulted in enhanced susceptibility of mice to rotavirus replication. Our study highlights an important innate immune signalling pathway that functions in intestinal epithelial cells and may present useful targets in the modulation of host defences against viral pathogens.

Abstract Both gastrointestinal symptoms and fecal shedding of SARS-CoV-2 RNA have been frequently observed in COVID-19 patients. However, whether SARS-CoV-2 replicate in the human intestine and its clinical relevance to potential fecal-oral transmission remain unclear. Here, we demonstrate productive infection of SARS-CoV-2 in ACE2+ mature enterocytes in human small intestinal enteroids. In addition to TMPRSS2, another mucosa-specific serine protease, TMPRSS4, also enhanced SARS-CoV-2 spike fusogenic activity and mediated viral entry into host cells. However, newly synthesized viruses released into the intestinal lumen were rapidly inactivated by human colonic fluids and no infectious virus was recovered from the stool specimens of COVID-19 patients. Our results highlight the intestine as a potential site of SARS-CoV-2 replication, which may contribute to local and systemic illness and overall disease progression.

ABSTRACT Antibody-based interventions against SARS-CoV-2 could limit morbidity, mortality, and possibly disrupt epidemic transmission. An anticipated correlate of such countermeasures is the level of neutralizing antibodies against the SARS-CoV-2 spike protein, yet there is no consensus as to which assay should be used for such measurements. Using an infectious molecular clone of vesicular stomatitis virus (VSV) that expresses eGFP as a marker of infection, we replaced the glycoprotein gene (G) with the spike protein of SARS-CoV-2 (VSV-eGFP-SARS-CoV-2) and developed a high-throughput imaging-based neutralization assay at biosafety level 2. We also developed a focus reduction neutralization test with a clinical isolate of SARS-CoV-2 at biosafety level 3. We compared the neutralizing activities of monoclonal and polyclonal antibody preparations, as well as ACE2-Fc soluble decoy protein in both assays and find an exceptionally high degree of concordance. The two assays will help define correlates of protection for antibody-based countermeasures including therapeutic antibodies, immune γ-globulin or plasma preparations, and vaccines against SARS-CoV-2. Replication-competent VSV-eGFP-SARS-CoV-2 provides a rapid assay for testing inhibitors of SARS-CoV-2 mediated entry that can be performed in 7.5 hours under reduced biosafety containment.

Abstract Cholesterol 25-hydroxylase (CH25H) is an interferon-stimulated gene (ISG) that shows broad antiviral activities against a wide range of enveloped viruses. Here, using an ISG screen against VSV-SARS-CoV and VSV-SARS-CoV-2 chimeric viruses, we identified CH25H and its enzymatic product 25-hydroxycholesterol (25HC) as potent inhibitors of virus replication. Mechanistically, internalized 25HC accumulates in the late endosomes and blocks cholesterol export, thereby restricting SARS-CoV-2 spike protein catalyzed membrane fusion. Our results highlight a unique antiviral mechanism of 25HC and provide the molecular basis for its possible therapeutic development.

Abstract Pathogenic coronaviruses represent a major threat to global public health. Here, using a recombinant reporter virus-based compound screening approach, we identified several small-molecule inhibitors that potently block the replication of the newly emerged severe acute respiratory syndrome virus 2 (SARS-CoV-2). Among them, JIB-04 inhibited SARS-CoV-2 replication in Vero E6 cells with an EC 50 of 695 nM, with a specificity index of greater than 1,000. JIB-04 showed in vitro antiviral activity in multiple cell types against several DNA and RNA viruses, including porcine coronavirus transmissible gastroenteritis virus. In an in vivo porcine model of coronavirus infection, administration of JIB-04 reduced virus infection and associated tissue pathology, which resulted in improved weight gain and survival. These results highlight the potential utility of JIB-04 as an antiviral agent against SARS-CoV-2 and other viral pathogens.

Abstract To define novel mechanisms for cellular immunity to the intracellular pathogen Toxoplasma gondii , we performed a genome-wide CRISPR loss-of-function screen to provide an unbiased assessment of genes important for IFN-γ-dependent growth restriction. We revealed a previously unknown role for the tumor suppressor NF2/Merlin for maximum induction of Interferon Stimulated Genes (ISG), which are positively regulated by the transcription factor IRF-1. We then performed an additional focused ISG-targeted CRISPR screen that identified the host E3 ubiquitin ligase RNF213 as essential for IFN-γ mediated control of T. gondii . RNF213 mediated ubiquitination of targets on the parasite-containing vacuole and growth restriction in response to IFN-γ in a variety of cell types, thus identifying a conserved factor that plays a prominent role in human cells. Surprisingly, growth inhibition did not require the autophagy protein ATG5, indicating that RNF213 initiates restriction independent of a non-canonical autophagy pathway that has previously been implicated in control of T. gondii . RNF213 was also important for control of unrelated intracellular pathogens in human cells treated with IFN, as shown here for Mycobacterium tuberculosis and Vesicular Stomatitis Virus. Collectively, our findings establish RNF213 as a critical component of cell-autonomous immunity to a broad spectrum of intracellular pathogens in human cells.

Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) is an ongoing public health crisis that has sickened or precipitated death in millions. The etiologic agent of COVID-19, Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), infects the intestinal epithelium, and can induce GI symptoms similar to the human inflammatory bowel diseases (IBD). An international surveillance epidemiology study (SECURE-IBD) reported that the standardized mortality ratio trends higher in IBD patients (1.5-1.8) and that mesalamine/sulfasalazine therapy correlates with poor outcome. The goal of our study was to experimentally address the relationship between mesalamine and SARS-CoV-2 entry, replication, and/or pathogenesis.Viral infection was performed with a chimeric vesicular stomatitis virus expressing SARS-CoV-2 spike protein and EGFP (VSV-SARS-CoV-2) and SARS-CoV-2 virus derived from an infectious cDNA clone of 2019n-CoV/USA_WA1/2020. Primary human ileal spheroids derived from healthy donors were grown as 3D spheroids or on 2D transwells. We assessed the effect of 10 mM mesalamine (Millipore Sigma) on viral RNA levels, as well as the expression of the SARS-CoV-2 receptor angiotensin II-converting enzyme 2 (ACE2), Transmembrane Serine Protease 2 (TMPRSS2), TMPRSS4, Cathepsin B (CTSB) and CTSL by qRT-PCR. 8-12 week old K18-ACE2 were treated orally with PBS or mesalamine at 200 mg/kg daily. Mice were inoculated intranasally with 1Ã-10 3 FFU of SARS-CoV-2. Mice were weighed daily and viral titers were determined 7 days post infection (dpi) by qRT-PCR. For the intestinal viral entry model, VSV-SARS-CoV-2 was injected into a ligated intestinal loop of anesthetized K18-ACE2 mice and tissues were harvested 6 hours post-infection.We found no change in viral RNA levels in human intestinal epithelial cells in response to mesalamine. Expression of ACE2 was reduced following mesalamine treatment in enteroids, while CTSL expression was increased. Mice receiving mesalamine lost weight at similar rates compared to mice receiving vehicle control. Mesalamine treatment did not change viral load in the lung, heart, or intestinal tissues harvested at 7 dpi. Pretreatment with mesalamine did not modulate intestinal entry of the chimeric VSV-SARS-CoV-2 in K18-ACE2 mice.Mesalamine did not alter viral entry, replication, or pathogenesis in vitro or in mouse models. Mesalamine treatment reduced expression of the viral receptor ACE2 while concurrently increasing CTSL expression in human ileum organoids.