The pandemic influenza virus of 1918–1919 killed an estimated 20 to 50 million people worldwide. With the recent availability of the complete 1918 influenza virus coding sequence, we used reverse genetics to generate an influenza virus bearing all eight gene segments of the pandemic virus to study the properties associated with its extraordinary virulence. In stark contrast to contemporary human influenza H1N1 viruses, the 1918 pandemic virus had the ability to replicate in the absence of trypsin, caused death in mice and embryonated chicken eggs, and displayed a high-growth phenotype in human bronchial epithelial cells. Moreover, the coordinated expression of the 1918 virus genes most certainly confers the unique high-virulence phenotype observed with this pandemic virus.

ABSTRACT We present a novel mechanism by which viruses may inhibit the alpha/beta interferon (IFN-α/β) cascade. The double-stranded RNA (dsRNA) binding protein NS1 of influenza virus is shown to prevent the potent antiviral interferon response by inhibiting the activation of interferon regulatory factor 3 (IRF-3), a key regulator of IFN-α/β gene expression. IRF-3 activation and, as a consequence, IFN-β mRNA induction are inhibited in wild-type (PR8) influenza virus-infected cells but not in cells infected with an isogenic virus lacking the NS1 gene (delNS1 virus). Furthermore, NS1 is shown to be a general inhibitor of the interferon signaling pathway. Inhibition of IRF-3 activation can be achieved by the expression of wild-type NS1 in trans , not only in delNS1 virus-infected cells but also in cells infected with a heterologous RNA virus (Newcastle disease virus). We propose that inhibition of IRF-3 activation by a dsRNA binding protein significantly contributes to the virulence of influenza A viruses and possibly to that of other viruses.

The availability of a reconstructed 1918 influenza pandemic virus means that it is now possible to study host reactions to the infection, and to use such information to inform public health measures and in the development of new antivirals. A study in mice shows that viruses containing all eight genes from the pandemic strain provoked much greater inflammatory and cell death responses than viruses containing subsets of the genes. This extreme response may be a factor in the severe immunopathology characteristic of the 1918 infection. The influenza pandemic of 1918–19 was responsible for about 50 million deaths worldwide1. Modern histopathological analysis of autopsy samples from human influenza cases from 1918 revealed significant damage to the lungs with acute, focal bronchitis and alveolitis associated with massive pulmonary oedema, haemorrhage and rapid destruction of the respiratory epithelium2. The contribution of the host immune response leading to this severe pathology remains largely unknown. Here we show, in a comprehensive analysis of the global host response induced by the 1918 influenza virus, that mice infected with the reconstructed 1918 influenza virus displayed an increased and accelerated activation of host immune response genes associated with severe pulmonary pathology. We found that mice infected with a virus containing all eight genes from the pandemic virus showed marked activation of pro-inflammatory and cell-death pathways by 24 h after infection that remained unabated until death on day 5. This was in contrast with smaller host immune responses as measured at the genomic level, accompanied by less severe disease pathology and delays in death in mice infected with influenza viruses containing only subsets of 1918 genes. The results indicate a cooperative interaction between the 1918 influenza genes and show that study of the virulence of the 1918 influenza virus requires the use of the fully reconstructed virus. With recent concerns about the introduction of highly pathogenic avian influenza viruses into humans and their potential to cause a worldwide pandemic with disastrous health and economic consequences, a comprehensive understanding of the global host response to the 1918 virus is crucial. Moreover, understanding the contribution of host immune responses to virulent influenza virus infections is an important starting point for the identification of prognostic indicators and the development of novel antiviral therapies.

ABSTRACT The Spanish influenza pandemic of 1918 to 1919 swept the globe and resulted in the deaths of at least 20 million people. The basis of the pulmonary damage and high lethality caused by the 1918 H1N1 influenza virus remains largely unknown. Recombinant influenza viruses bearing the 1918 influenza virus hemagglutinin (HA) and neuraminidase (NA) glycoproteins were rescued in the genetic background of the human A/Texas/36/91 (H1N1) (1918 HA/NA:Tx/91) virus. Pathogenesis experiments revealed that the 1918 HA/NA:Tx/91 virus was lethal for BALB/c mice without the prior adaptation that is usually required for human influenza A H1N1 viruses. The increased mortality of 1918 HA/NA:Tx/91-infected mice was accompanied by (i) increased (>200-fold) viral replication, (ii) greater influx of neutrophils into the lung, (iii) increased numbers of alveolar macrophages (AMs), and (iv) increased protein expression of cytokines and chemokines in lung tissues compared with the levels seen for control Tx/91 virus-infected mice. Because pathological changes in AMs and neutrophil migration correlated with lung inflammation, we assessed the role of these cells in the pathogenesis associated with 1918 HA/NA:Tx/91 virus infection. Neutrophil and/or AM depletion initiated 3 or 5 days after infection did not have a significant effect on the disease outcome following a lethal 1918 HA/NA:Tx/91 virus infection. By contrast, depletion of these cells before a sublethal infection with 1918 HA/NA:Tx/91 virus resulted in uncontrolled virus growth and mortality in mice. In addition, neutrophil and/or AM depletion was associated with decreased expression of cytokines and chemokines. These results indicate that a human influenza H1N1 virus possessing the 1918 HA and NA glycoproteins can induce severe lung inflammation consisting of AMs and neutrophils, which play a role in controlling the replication and spread of 1918 HA/NA:Tx/91 virus after intranasal infection of mice.

The 1918 "Spanish" influenza pandemic represents the largest recorded outbreak of any infectious disease. The crystal structure of the uncleaved precursor of the major surface antigen of the extinct 1918 virus was determined at 3.0 angstrom resolution after reassembly of the hemagglutinin gene from viral RNA fragments preserved in 1918 formalin-fixed lung tissues. A narrow avian-like receptor-binding site, two previously unobserved histidine patches, and a less exposed surface loop at the cleavage site that activates viral membrane fusion reveal structural features primarily found in avian viruses, which may have contributed to the extraordinarily high infectivity and mortality rates observed during 1918.

The Ebola virus VP35 protein was previously found to act as an interferon (IFN) antagonist which could complement growth of influenza delNS1 virus, a mutant influenza virus lacking the influenza virus IFN antagonist protein, NS1. The Ebola virus VP35 could also prevent the virus- or double-stranded RNA-mediated transcriptional activation of both the beta IFN (IFN-beta) promoter and the IFN-stimulated ISG54 promoter (C. Basler et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97:12289-12294, 2000). We now show that VP35 inhibits virus infection-induced transcriptional activation of IFN regulatory factor 3 (IRF-3)-responsive mammalian promoters and that VP35 does not block signaling from the IFN-alpha/beta receptor. The ability of VP35 to inhibit this virus-induced transcription correlates with its ability to block activation of IRF-3, a cellular transcription factor of central importance in initiating the host cell IFN response. We demonstrate that VP35 blocks the Sendai virus-induced activation of two promoters which can be directly activated by IRF-3, namely, the ISG54 promoter and the ISG56 promoter. Further, expression of VP35 prevents the IRF-3-dependent activation of the IFN-alpha4 promoter in response to viral infection. The inhibition of IRF-3 appears to occur through an inhibition of IRF-3 phosphorylation. VP35 blocks virus-induced IRF-3 phosphorylation and subsequent IRF-3 dimerization and nuclear translocation. Consistent with these observations, Ebola virus infection of Vero cells activated neither transcription from the ISG54 promoter nor nuclear accumulation of IRF-3. These data suggest that in Ebola virus-infected cells, VP35 inhibits the induction of antiviral genes, including the IFN-beta gene, by blocking IRF-3 activation.

An assay has been developed that allows the identification of molecules that function as type I IFN antagonists. Using this assay, we have identified an Ebola virus-encoded inhibitor of the type I IFN response, the Ebola virus VP35 protein. The assay relies on the properties of an influenza virus mutant, influenza delNS1 virus, which lacks the NS1 ORF and, therefore, does not produce the NS1 protein. When cells are infected with influenza delNS1 virus, large amounts of type I IFN are produced. As a consequence, influenza delNS1 virus replicates poorly. However, high-efficiency transient transfection of a plasmid encoding a protein that interferes with type I IFN-induced antiviral functions, such as the influenza A virus NS1 protein or the herpes simplex virus protein ICP34.5, rescues growth of influenza delNS1 virus. When plasmids expressing individual Ebola virus proteins were transfected into Madin Darby canine kidney cells, the Ebola virus VP35 protein enhanced influenza delNS1 virus growth more than 100-fold. VP35 subsequently was shown to block double-stranded RNA- and virus-mediated induction of an IFN-stimulated response element reporter gene and to block double-stranded RNA- and virus-mediated induction of the IFN-β promoter. The Ebola virus VP35 therefore is likely to inhibit induction of type I IFN in Ebola virus-infected cells and may be an important determinant of Ebola virus virulence in vivo .

In 2016, the order Mononegavirales was emended through the addition of two new families (Mymonaviridae and Sunviridae), the elevation of the paramyxoviral subfamily Pneumovirinae to family status (Pneumoviridae), the addition of five free-floating genera (Anphevirus, Arlivirus, Chengtivirus, Crustavirus, and Wastrivirus), and several other changes at the genus and species levels. This article presents the updated taxonomy of the order Mononegavirales as now accepted by the International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV).

Investigation of the human antibody response to influenza virus infection has been largely limited to serology, with relatively little analysis at the molecular level. The 1918 H1N1 influenza virus pandemic was the most severe of the modern era. Recent work has recovered the gene sequences of this unusual strain, so that the 1918 pandemic virus could be reconstituted to display its unique virulence phenotypes. However, little is known about adaptive immunity to this virus. We took advantage of the 1918 virus sequencing and the resultant production of recombinant 1918 haemagglutinin (HA) protein antigen to characterize at the clonal level neutralizing antibodies induced by natural exposure of survivors to the 1918 pandemic virus. Here we show that of the 32 individuals tested that were born in or before 1915, each showed seroreactivity with the 1918 virus, nearly 90 years after the pandemic. Seven of the eight donor samples tested had circulating B cells that secreted antibodies that bound the 1918 HA. We isolated B cells from subjects and generated five monoclonal antibodies that showed potent neutralizing activity against 1918 virus from three separate donors. These antibodies also cross-reacted with the genetically similar HA of a 1930 swine H1N1 influenza strain, but did not cross-react with HAs of more contemporary human influenza viruses. The antibody genes had an unusually high degree of somatic mutation. The antibodies bound to the 1918 HA protein with high affinity, had exceptional virus-neutralizing potency and protected mice from lethal infection. Isolation of viruses that escaped inhibition suggested that the antibodies recognize classical antigenic sites on the HA surface. Thus, these studies demonstrate that survivors of the 1918 influenza pandemic possess highly functional, virus-neutralizing antibodies to this uniquely virulent virus, and that humans can sustain circulating B memory cells to viruses for many decades after exposure-well into the tenth decade of life.

ABSTRACT Ebola virus (EBOV) infection blocks cellular production of alpha/beta interferon (IFN-α/β) and the ability of cells to respond to IFN-α/β or IFN-γ. The EBOV VP35 protein has previously been identified as an EBOV-encoded inhibitor of IFN-α/β production. However, the mechanism by which EBOV infection inhibits responses to IFNs has not previously been defined. Here we demonstrate that the EBOV VP24 protein functions as an inhibitor of IFN-α/β and IFN-γ signaling. Expression of VP24 results in an inhibition of IFN-induced gene expression and an inability of IFNs to induce an antiviral state. The VP24-mediated inhibition of cellular responses to IFNs correlates with the impaired nuclear accumulation of tyrosine-phosphorylated STAT1 (PY-STAT1), a key step in both IFN-α/β and IFN-γ signaling. Consistent with this proposed function for VP24, infection of cells with EBOV also confers a block to the IFN-induced nuclear accumulation of PY-STAT1. Further, VP24 is found to specifically interact with karyopherin α1, the nuclear localization signal receptor for PY-STAT1, but not with karyopherin α2, α3, or α4. Overexpression of VP24 results in a loss of karyopherin α1-PY-STAT1 interaction, indicating that the VP24-karyopherin α1 interaction contributes to the block to IFN signaling. These data suggest that VP24 is likely to be an important virulence determinant that allows EBOV to evade the antiviral effects of IFNs.