ABSTRACT All coronaviruses (CoVs) contain a macrodomain, also termed Mac1, in non-structural protein 3 (nsp3) which binds and hydrolyzes ADP-ribose covalently attached to proteins. Despite several reports demonstrating that Mac1 is a prominent virulence factor, there is still a limited understanding of its cellular roles during infection. Currently, most of the information regarding the role of CoV Mac1 during infection is based on a single point mutant of a highly conserved asparagine-to-alanine mutation, which is known to largely eliminate Mac1 ADP-ribosylhydrolase activity. To determine if Mac1 ADP-ribose binding separately contributes to CoV replication, we compared the replication of a murine hepatitis virus (MHV) Mac1 mutant predicted to dramatically reduce ADP-ribose binding, D1329A, to the previously mentioned asparagine mutant, N1347A. D1329A and N1347A both replicated poorly in bone-marrow derived macrophages (BMDMs), were inhibited by PARP enzymes, and were highly attenuated in vivo . However, D1329A was significantly more attenuated than N1347A in all cell lines tested that were susceptible to MHV infection. In addition, D1329A retained some ability to block IFN-β transcript accumulation compared to N1347A, indicating that these two mutants impacted distinct Mac1 functions. Mac1 mutants predicted to eliminate both binding and hydrolysis activities were unrecoverable, suggesting that the combined activities of Mac1 may be essential for MHV replication. We conclude that Mac1 has multiple roles in promoting the replication of MHV, and that these results provide further evidence that Mac1 could be a prominent target for anti-CoV therapeutics. IMPORTANCE In the wake of the COVID-19 epidemic, there has been a surge to better understand how CoVs replicate, and to identify potential therapeutic targets that could mitigate disease caused by SARS-CoV-2 and other prominent CoVs. The highly conserved macrodomain, also termed Mac1, is a small domain within non-structural protein 3. It has received significant attention as a potential drug target as previous studies demonstrated that it is essential for CoV pathogenesis in multiple animal models of infection. However, the various roles and functions of Mac1 during infection remain largely unknown. Here, utilizing recombinant Mac1 mutant viruses, we have determined that different biochemical functions of Mac1 have distinct roles in the replication of MHV, a model CoV. These results indicate that Mac1 is more important for CoV replication than previously appreciated, and could help guide the development of inhibitory compounds that target unique regions of this protein domain.

Over the past several decades, multiple coronaviruses (CoVs) have emerged as highly infectious, lethal viruses in humans, most notably in the pandemic outbreak of COVID-19, the disease caused by SARS-CoV-2. To date, there are no known therapeutic or preventative agents to target CoVs. Though age and comorbidities severely increase case fatality rates, the host factors that influence resistance or susceptibility to infection with highly pathogenic human CoVs are unknown. Innate immune responses to CoVs are initiated by recognition of double-stranded (ds) RNA and induction of interferon, which turns on a gene expression program that inhibits viral replication. SARS-CoV-2 conserves an ADP-ribosylhydrolase domain previously shown to counteract innate immunity to both mouse hepatitis virus (MHV), a model CoV, and SARS-CoV. Here we show that SARS-CoV-2 infection of cell lines, infected ferrets, and a deceased patient's lung consistently and strikingly dysregulates the nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) gene set with respect to NAD+ synthesis and utilization. SARS-CoV-2 induces a set of poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) family members; these PARPs include enzymes required for the innate immune response to MHV. Further, we show that MHV infection induces an attack on host cell nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP+). The data indicate that overexpression of a virally induced PARP, PARP10, is sufficient to depress host cell NAD metabolism and that NAD+ boosting strategies differ in their efficacy to restore PARP10 function. Gene expression and pharmacological data suggest that boosting NAD+ through the nicotinamide and nicotinamide riboside kinase pathways may restore antiviral PARP functions to support innate immunity to SARS-CoV-2, whereas PARP1,2 inhibition may be less likely to restore antiviral PARP functions.### Competing Interest StatementCharles Brenner is chief scientific adviser of ChromaDex and owns shares of ChromaDex stock. Other others declare no competing interests.