Highlights•Phosphoproteomics analysis of SARS-CoV-2-infected cells uncovers signaling rewiring•Infection promotes host p38 MAPK cascade activity and shutdown of mitotic kinases•Infection stimulates CK2-containing filopodial protrusions with budding virus•Kinase activity analysis identifies potent antiviral drugs and compoundsSummaryThe causative agent of the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has infected millions and killed hundreds of thousands of people worldwide, highlighting an urgent need to develop antiviral therapies. Here we present a quantitative mass spectrometry-based phosphoproteomics survey of SARS-CoV-2 infection in Vero E6 cells, revealing dramatic rewiring of phosphorylation on host and viral proteins. SARS-CoV-2 infection promoted casein kinase II (CK2) and p38 MAPK activation, production of diverse cytokines, and shutdown of mitotic kinases, resulting in cell cycle arrest. Infection also stimulated a marked induction of CK2-containing filopodial protrusions possessing budding viral particles. Eighty-seven drugs and compounds were identified by mapping global phosphorylation profiles to dysregulated kinases and pathways. We found pharmacologic inhibition of the p38, CK2, CDK, AXL, and PIKFYVE kinases to possess antiviral efficacy, representing potential COVID-19 therapies.Graphical abstract

Nuclear Actin in Action Actin polymerization is essential for structures in mammalian cells. Although actin filament network structures are observed in the cytoplasm and at the plasma membrane, monomeric actin is also seen in the nucleus. Baarlink et al. (p. 864 , published online 4 April) directly visualized a distinct and dynamic actin network within the nucleus in living cells. The network spanned the entire nucleus and appeared to be enriched along the nuclear cortex. Transient formation of a nuclear actin network may be induced by the transcriptional serum response.

The formation of biomolecular condensates underpins many cellular processes; however, our current understanding of condensate formation within cells is largely based on observing the final near-equilibrium condensate state. It is less clear how proteins behave before condensates form or at concentrations at which condensation does not occur in cells. Here, we use a combination of fluorescence microscopy and photobleaching analysis to quantify phase separation of negative elongation factor (NELF) in living and stressed cells. We use the recently reported system of stress-induced condensation of NELF in human nuclei as a model to study the behaviour of proteins before condensation. We find that pre-condensate heterogeneous clusters both grow and shrink and are not freely diffusing. Unexpectedly, we also find such small dynamic clusters in unstressed cells in which condensates do not form. We provide a categorisation of small and large clusters based on their dynamics and their response to p38 kinase inhibition. Overall, our data are best explained as non-classical nucleation with a flat free-energy landscape for clusters of a range of sizes and an inhibition of condensation.

Abstract The Cytotoxic Necrotizing Factor Y (CNFY) is produced by the gram-negative, enteric pathogen Yersinia pseudotuberculosis . The bacterial toxin belongs to a family of deamidases, which constitutively activate Rho GTPases, thereby balancing inflammatory processes. We identified heparan sulfate proteoglycans as essential host cell factors for intoxication with CNFY. Using flow cytometry, microscopy, knockout cell lines, pulsed electron–electron double resonance and bio-layer interferometry, we studied the role of glucosaminoglycans in the intoxication process of CNFY. To analyze toxin-glucosaminoglycan interaction we utilized a truncated CNFY (CNFY 709-1014 ). Especially this C-terminal part of CNFY, which encompasses the catalytic activity, binds with high affinity to heparan sulfates. CNFY binding with the N-terminal domain to its protein receptor seems to induce a first conformational change supporting the interaction between the C-terminal domain and heparan sulfates, which seems sterically hindered in the full toxin. A second conformational change occurs by acidification of the endosome, probably allowing insertion of the hydrophobic regions of the toxin into the endosomal membrane. Our findings suggest that heparan sulfates play a major role for intoxication within the endosome, rather than being relevant for an interaction at the cell surface. Lastly, cleavage of heparin sulfate chains by heparanase is likely required for efficient uptake of the toxic enzyme into the cytosol of mammalian cells. Author Summary The RhoA deamidating Cytotoxic Necrotizing Factor Y (CNFY) from Yersinia pseudotuberculosis is a crucial virulence factor that is important for successful infection of mammalian cells by the pathogen. The mode of action by which CNFY is able to intoxicate cells can be divided into the following steps: Binding to the cell surface, internalization, translocation from the endosome to the cytosol and deamidation of RhoA. We show, that CNFY uses heparan sulfates to maximize the amount of molecules entering the cytosol. While not being necessary for toxin binding and uptake, the sugars hold a key role in the intoxication process. We show that CNFY undergoes a conformational change at a low endosomal pH, allowing the C-terminal domain to be released from the endosomal membrane by the action of heparanase. This study reveals new insights into the CNFY-host interaction and promotes understanding of the complex intoxication process of bacterial toxins.

Precise segregation of chromosomes during mitosis requires assembly of a bipolar mitotic spindle followed by correct attachment of microtubules to the kinetochores. This highly spatiotemporally organized process is controlled by various mitotic kinases and molecular motors. We have recently shown that Casein Kinase 1 (CK1) promotes timely progression through mitosis by phosphorylating FAM110A leading to its enrichment at spindle poles. However, the mechanism by which FAM110A exerts its function in mitosis is unknown. Using structure prediction and a set of deletion mutants, we mapped here the interaction of the N- and C-terminal domains of FAM110A with actin and tubulin, respectively. Next, we found that the FAM110A-Δ40-61 mutant deficient in actin binding failed to rescue defects in chromosomal alignment caused by depletion of endogenous FAM110A. Depletion of FAM110A impaired assembly of F-actin in the proximity of spindle poles and was rescued by expression of the wild-type FAM110A, but not the FAM110A-Δ40-61 mutant. Purified FAM110A promoted binding of F-actin to microtubules as well as bundling of actin filaments in vitro. Finally, we found that the inhibition of CK1 impaired spindle actin formation and delayed progression through mitosis. We propose that CK1 and FAM110A promote timely progression through mitosis by mediating the interaction between spindle microtubules and filamentous actin to ensure proper mitotic spindle formation.

Abstract Actin network dynamics are pivotal in governing the motility and effector functions of immune cells. The Arp2/3 complex is a key regulator of actin filament branching, with mutations in its subunits being linked with human immunodeficiencies. While known for its role in phagocytosis and cell migration, our study uncovers a critical role of the Arp2/3 complex in safeguarding the tissue residency of mast cells (MCs), essential immune cells in allergies, venom detoxification and antigen-specific avoidance. Mechanistically, we show that MCs require Arp2/3-regulated actin filament assembly to resist their integrin-mediated mechano-coupling with their tissue niche. Arp2/3 complex depletion directs MCs into cell cycle arrest and death, which can be rescued by inhibiting their mechanical interactions with extracellular matrix. Our findings underscore the Arp2/3 complex as a mechano-protective element for maintaining MC survival and longevity in tissues, highlighting the importance of actin regulation in preserving the homeostasis of a tissue-resident immune cell population. One Sentence Summary Arp2/3 complex protects the tissue homeostasis of resident mast cell networks