ABSTRACT Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) is an emerging coronavirus infecting humans that is associated with acute pneumonia, occasional renal failure, and a high mortality rate and is considered a threat to public health. The construction of a full-length infectious cDNA clone of the MERS-CoV genome in a bacterial artificial chromosome is reported here, providing a reverse genetics system to study the molecular biology of the virus and to develop attenuated viruses as vaccine candidates. Following transfection with the cDNA clone, infectious virus was rescued in both Vero A66 and Huh-7 cells. Recombinant MERS-CoVs (rMERS-CoVs) lacking the accessory genes 3, 4a, 4b, and 5 were successfully rescued from cDNA clones with these genes deleted. The mutant viruses presented growth kinetics similar to those of the wild-type virus, indicating that accessory genes were not essential for MERS-CoV replication in cell cultures. In contrast, an engineered mutant virus lacking the structural E protein (rMERS-CoV-ΔE) was not successfully rescued, since viral infectivity was lost at early passages. Interestingly, the rMERS-CoV-ΔE genome replicated after cDNA clone was transfected into cells. The infectious virus was rescued and propagated in cells expressing the E protein in trans , indicating that this virus was replication competent and propagation defective. Therefore, the rMERS-CoV-ΔE mutant virus is potentially a safe and promising vaccine candidate to prevent MERS-CoV infection. IMPORTANCE Since the emergence of MERS-CoV in the Arabian Peninsula during the summer of 2012, it has already spread to 10 different countries, infecting around 94 persons and showing a mortality rate higher than 50%. This article describes the development of the first reverse genetics system for MERS-CoV, based on the construction of an infectious cDNA clone inserted into a bacterial artificial chromosome. Using this system, a collection of rMERS-CoV deletion mutants has been generated. Interestingly, one of the mutants with the E gene deleted was a replication-competent, propagation-defective virus that could only be grown in the laboratory by providing E protein in trans , whereas it would only survive a single virus infection cycle in vivo . This virus constitutes a vaccine candidate that may represent a balance between safety and efficacy for the induction of mucosal immunity, which is needed to prevent MERS-CoV infection.

Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is especially severe in aged populations1. Vaccines against severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) are highly effective, but vaccine efficacy is partly compromised by the emergence of SARS-CoV-2 variants with enhanced transmissibility2. The emergence of these variants emphasizes the need for further development of anti-SARS-CoV-2 therapies, especially for aged populations. Here we describe the isolation of highly virulent mouse-adapted viruses and use them to test a new therapeutic drug in infected aged animals. Many of the alterations observed in SARS-CoV-2 during mouse adaptation (positions 417, 484, 493, 498 and 501 of the spike protein) also arise in humans in variants of concern2. Their appearance during mouse adaptation indicates that immune pressure is not required for selection. For murine SARS, for which severity is also age dependent, elevated levels of an eicosanoid (prostaglandin D2 (PGD2)) and a phospholipase (phospholipase A2 group 2D (PLA2G2D)) contributed to poor outcomes in aged mice3,4. mRNA expression of PLA2G2D and prostaglandin D2 receptor (PTGDR), and production of PGD2 also increase with ageing and after SARS-CoV-2 infection in dendritic cells derived from human peripheral blood mononuclear cells. Using our mouse-adapted SARS-CoV-2, we show that middle-aged mice lacking expression of PTGDR or PLA2G2D are protected from severe disease. Furthermore, treatment with a PTGDR antagonist, asapiprant, protected aged mice from lethal infection. PTGDR antagonism is one of the first interventions in SARS-CoV-2-infected animals that specifically protects aged animals, suggesting that the PLA2G2D-PGD2/PTGDR pathway is a useful target for therapeutic interventions.

ABSTRACT Several coronavirus (CoV) encoded proteins are being evaluated as targets for antiviral therapies for COVID-19. Included in this set of proteins is the conserved macrodomain, or Mac1, an ADP-ribosylhydrolase and ADP-ribose binding protein. Utilizing point mutant recombinant viruses, Mac1 was shown to be critical for both murine hepatitis virus (MHV) and severe acute respiratory syndrome (SARS)-CoV virulence. However, as a potential drug target, it is imperative to understand how a complete Mac1 deletion impacts the replication and pathogenesis of different CoVs. To this end, we created recombinant bacterial artificial chromosomes (BACs) containing complete Mac1 deletions (ΔMac1) in MHV, MERS-CoV, and SARS-CoV-2. While we were unable to recover infectious virus from MHV or MERS-CoV ΔMac1 BACs, SARS-CoV-2 ΔMac1 was readily recovered from BAC transfection, indicating a stark difference in the requirement for Mac1 between different CoVs. Furthermore, SARS-CoV-2 ΔMac1 replicated at or near wild-type levels in multiple cell lines susceptible to infection. However, in a mouse model of severe infection, ΔMac1 was quickly cleared causing minimal pathology without any morbidity. ΔMac1 SARS-CoV-2 induced increased levels of interferon (IFN) and interferon-stimulated gene (ISG) expression in cell culture and mice, indicating that Mac1 blocks IFN responses which may contribute to its attenuation. ΔMac1 infection also led to a stark reduction in inflammatory monocytes and neutrophils. These results demonstrate that Mac1 only minimally impacts SARS-CoV-2 replication, unlike MHV and MERS-CoV, but is required for SARS-CoV-2 pathogenesis and is a unique antiviral drug target. SIGNIFICANCE All CoVs, including SARS-CoV-2, encode for a conserved macrodomain (Mac1) that counters host ADP-ribosylation. Prior studies with SARS-CoV-1 and MHV found that Mac1 blocks IFN production and promotes CoV pathogenesis, which has prompted the development of SARS-CoV-2 Mac1 inhibitors. However, development of these compounds into antivirals requires that we understand how SARS-CoV-2 lacking Mac1 replicates and causes disease in vitro and in vivo . Here we found that SARS-CoV-2 containing a complete Mac1 deletion replicates normally in cell culture but induces an elevated IFN response, has reduced viral loads in vivo , and does not cause significant disease in mice. These results will provide a roadmap for testing Mac1 inhibitors, help identify Mac1 functions, and open additional avenues for coronavirus therapies.

The interferon-stimulated gene 15 (ISG15) is a ubiquitin-like modifier induced by type I Interferon (IFN-I) and plays a crucial role in the innate immune response against viral infections. ISG15 is conjugated to target proteins by an enzymatic cascade through a process called ISGylation. While ubiquitin-specific protease 18 (USP18) is a well-defined deISGylase counteracting ISG15 conjugation, ISG15 cross-reactive deubiquitylating enzymes (DUBs) have also been reported. Our study reports USP24 as a novel ISG15 cross-reactive DUB identified through activity-based protein profiling (ABPP). We demonstrate that recombinant USP24 processed pro-ISG15 and ISG15-linked synthetic substrates in vitro. Moreover, the depletion of USP24 significantly increased the accumulation of ISG15 conjugates upon IFN-β stimulation. An extensive proteomic analysis of the USP24-dependent ISGylome, integrating total proteome, GG-peptidome, and ISG15 interactome data, identified the helicase Moloney leukemia virus 10 (MOV10) as a specific target of USP24 for deISGylation. Further validation in cells revealed that ISGylated MOV10 enhances IFN-β production/secretion, whereas USP24 deISGylates MOV10 to negatively regulate the innate immune response. This study showcases USP24's novel roles in modulating ISGylation and modulation of the IFN-I-dependent immune responses, with potential therapeutic implications in infectious diseases, cancer, autoimmunity, and neuroinflammation.