Repairing tears in the nuclear envelope The nuclear envelope segregates genomic DNA from the cytoplasm and regulates protein trafficking between the cytosol and the nucleus. Maintaining nuclear envelope integrity during interphase is considered crucial. However, Raab et al. and Denais et al. show that migrating immune and cancer cells experience frequent and transitory nuclear envelope ruptures when they move through tight spaces (see the Perspective by Burke). The nuclear envelope reseals rapidly during interphase, assisted by components of the ESCRT III membrane-remodeling machinery. Science , this issue pp. 359 and 353 ; see also p. 295

Innate immunity to viral infection involves induction of the type I IFN response; however, dysfunctional regulation of this pathway leads to inappropriate inflammation. Here, we evaluated a nonconsanguineous family of mixed European descent, with 4 members affected by systemic inflammatory and autoimmune conditions, including lupus, with variable clinical expression. We identified a germline dominant gain-of-function mutation in TMEM173, which encodes stimulator of type I IFN gene (STING), in the affected individuals. STING is a key signaling molecule in cytosolic DNA-sensing pathways, and STING activation normally requires dimerization, which is induced by 2′3′ cyclic GMP-AMP (cGAMP) produced by the cGAMP synthase in response to cytosolic DNA. Structural modeling supported constitutive activation of the mutant STING protein based on stabilized dimerization. In agreement with the model predictions, we found that the STING mutant spontaneously localizes in the Golgi of patient fibroblasts and is constitutively active in the absence of exogenous 2′3′-cGAMP in vitro. Accordingly, we observed elevated serum IFN activity and a type I IFN signature in peripheral blood from affected family members. These findings highlight the key role of STING in activating both the innate and adaptive immune responses and implicate aberrant STING activation in features of human lupus.

HIV-2 is less pathogenic for humans than HIV-1 and might provide partial cross-protection from HIV-1-induced pathology. Although both viruses replicate in the T cells of infected patients, only HIV-2 replicates efficiently in dendritic cells (DCs) and activates innate immune pathways. How HIV is sensed in DC is unknown. Capsid-mutated HIV-2 revealed that sensing by the host requires viral cDNA synthesis, but not nuclear entry or genome integration. The HIV-1 capsid prevented viral cDNA sensing up to integration, allowing the virus to escape innate recognition. In contrast, DCs sensed capsid-mutated HIV-1 and enhanced stimulation of T cells in the absence of productive infection. Finally, we found that DC sensing of HIV-1 and HIV-2 required the DNA sensor cGAS. Thus, the HIV capsid is a determinant of innate sensing of the viral cDNA by cGAS in dendritic cells. This pathway might potentially be harnessed to develop effective vaccines against HIV-1.

Viruses pack antiviral mediators Viruses often hijack host proteins for their own use, turning host cells into virion-spewing machines. However, Bridgeman et al. and Gentili et al. now report a sneaky way that the host can fight back (see the Perspective by Schoggins). Host cells that expressed the enzyme cGAS, an innate immune receptor that senses cytoplasmic DNA, packaged the cGAS-generated second messenger cGAMP into virions. Virions could then transfer cGAMP to neighboring cells, triggering an antiviral gene program in these newly infected cells. Such transfer of an antiviral mediator may help to speed up the immune response to put the brakes on viral spread. Science , this issue pp. 1228 and 1232 ; see also p. 1166

Activation of the cyclic dinucleotide sensor stimulator of interferon (IFN) genes (STING) is critical for IFN and inflammatory gene expression during innate immune responses. However, the role of STING in adaptive immunity is still unknown. In this study, we show that STING activation reduces the proliferation of T lymphocytes. This activity was independent of TBK1 and IRF3 recruitment and of type I IFN but required a distinct C-terminal domain of STING that activates NF-κB. Inhibition of cell proliferation by STING required its relocalization to the Golgi apparatus and caused mitotic errors. T lymphocytes from patients carrying constitutive active mutations in TMEM173 encoding STING showed impaired proliferation and reduced numbers of memory cells. Endogenous STING inhibited proliferation of mouse T lymphocytes. Therefore, STING, a critical innate sensor, also functions intrinsically in cells of the adaptive immune system to inhibit proliferation.

COVID-19 has caused over 1 million deaths globally, yet the cellular mechanisms underlying severe disease remain poorly understood. By analyzing several thousand plasma proteins in 306 COVID-19 patients and 78 symptomatic controls over serial timepoints using two complementary approaches, we uncover COVID-19 host immune and non-immune proteins not previously linked to this disease. Integration of plasma proteomics with nine published scRNAseq datasets shows that SARS-CoV-2 infection upregulates monocyte/macrophage, plasmablast, and T cell effector proteins. By comparing patients who died to severely ill patients who survived, we identify dynamic immunomodulatory and tissue-associated proteins associated with survival, providing insights into which host responses are beneficial and which are detrimental to survival. We identify intracellular death signatures from specific tissues and cell types, and by associating these with angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) expression, we map tissue damage associated with severe disease and propose which damage results from direct viral infection rather than from indirect effects of illness. We find that disease severity in lung tissue is driven by myeloid cell phenotypes and cell-cell interactions with lung epithelial cells and T cells. Based on these results, we propose a model of immune and epithelial cell interactions that drive cell-type specific and tissue-specific damage in severe COVID-19.

T cell-mediated immunity may play a critical role in controlling and establishing protective immunity against SARS-CoV-2 infection; yet the repertoire of viral epitopes responsible for T cell response activation remains mostly unknown. Identification of viral peptides presented on class I human leukocyte antigen (HLA-I) can reveal epitopes for recognition by cytotoxic T cells and potential incorporation into vaccines. Here, we report the first HLA-I immunopeptidome of SARS-CoV-2 in two human cell lines at different times post-infection using mass spectrometry. We found HLA-I peptides derived not only from canonical ORFs, but also from internal out-of-frame ORFs in Spike and Nucleoprotein not captured by current vaccines. Proteomics analyses of infected cells revealed that SARS-CoV-2 may interfere with antigen processing and immune signaling pathways. Based on the endogenously processed and presented viral peptides that we identified, we estimate that a pool of 24 peptides would provide one or more peptides for presentation by at least one HLA allele in 99% of the human population. These biological insights and the list of naturally presented SARS-CoV-2 peptides will facilitate data-driven selection of peptides for immune monitoring and vaccine development.

SUMMARY Evidence indicates that transposable elements (TEs) stimulate innate sensing pathways in various pathologies but it is not clear whether they are sensed during normal physiological responses. Here we show that, during activation with an exogenous pathogen associated molecular pattern (PAMP), dendritic cells (DCs) epigenetically remodel heterochromatin at TEs by depleting the methyltransferase Suv39h1 and reducing histone-3 lysine-9 trimethylation (H3K9me3). TLR4 signaling activates TE expression to enhance innate responses through the DNA sensor cGAS. Cytosolic cGAS-bound DNA comprised LINE1 TEs as the predominant endogenous ligands. Concordantly, LINE1 inhibition attenuated the type-I IFN response to LPS and rescued influenza virus infection. We propose that in healthy cells, exogenous PAMPs epigenetically activate self-derived PAMPs (LINE1) that engage cGAS to enhance responses. These data explain why pathogens employ redundant and broad innate immune countermeasures, to suppress activation of host PAMPs and illustrate a hitherto unappreciated role for host genome-derived PAMPs in response to pathogens.

Abstract STING is an intracellular sensor of cyclic di-nucleotides involved in response to pathogen- or self-derived DNA that induces protective immunity, or if dysregulated, autoimmunity. STING trafficking is tightly linked to its activity. We aimed to systematically characterize genes regulating STING trafficking and to define their impact on STING responses. Based on proximity-ligation proteomics and genetic screens, an ESCRT complex containing HGS, VPS37A and UBAP1 was found to be required for STING degradation and signaling shutdown. Analogous to phosphorylated STING creating a platform for IRF3 recruitment, oligomerization-driven STING ubiquitination by UBE2N formed a platform for ESCRT recruitment at the endosome, responsible for STING signaling shutdown. A UBAP1 mutant that underlies human spastic paraplegia and disrupts ESCRT function led to STING-dependent type I IFN responses at the steady-state, defining ESCRT as a homeostatic regulator of STING signaling.

ABSTRACT Genome-wide association studies have uncovered hundreds of autoimmune disease-associated loci; however, the causal genetic variant(s) within each locus are mostly unknown. Here, we perform high-throughput allele-specific reporter assays to prioritize disease-associated variants for five autoimmune diseases. By examining variants that both promote allele-specific reporter expression and are located in accessible chromatin, we identify 60 putatively causal variants that enrich for statistically fine-mapped variants by up to 57.8-fold. We introduced the risk allele of a prioritized variant (rs72928038) into a human T cell line and deleted the orthologous sequence in mice, both resulting in reduced BACH2 expression. Naïve CD8 T cells from mice containing the deletion had reduced expression of genes that suppress activation and maintain stemness. Our results represent an example of an effective approach for prioritizing variants and studying their physiologically relevant effects.