Flexible spikes The severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike protein enables viral entry into host cells by binding to the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor and is a major target for neutralizing antibodies. About 20 to 40 spikes decorate the surface of virions. Turoňová et al. now show that the spike is flexibly connected to the viral surface by three hinges that are well protected by glycosylation sites. The flexibility imparted by these hinges may explain how multiple spikes act in concert to engage onto the flat surface of a host cell. Science , this issue p. 203

Abstract COVID-19 caused by the SARS-CoV-2 virus remains a threat to global health. The disease severity is mediated by cell death and inflammation, which regulate both the antiviral and the pathological innate immune responses. ZBP1, an interferon-induced cytosolic nucleic acid sensor, facilitates antiviral responses via RIPK3. Although ZBP1-mediated cell death is widely described, whether and how it promotes inflammatory signaling is unclear. Here, we report a ZBP1-induced inflammatory signaling pathway that depends on ubiquitination and RIPK3’s scaffolding ability independently of cell death. In human cells, ZBP1 associates with RIPK1 and RIPK3 as well as ubiquitin ligases cIAP1 and LUBAC. RIPK1 and ZBP1 are ubiquitinated to promote TAK1- and IKK-mediated inflammatory signaling. Additionally, RIPK1 recruits the p43/41-caspase-8-p43-FLIP heterodimer to suppress RIPK3 kinase activity, which otherwise promotes inflammatory signaling in a kinase activity-dependent manner. Lastly, we show that ZBP1 contributes to SARS-CoV-2-induced cytokine production. Taken together, we describe a ZBP1-RIPK1-RIPK3-mediated inflammatory signaling pathway relayed by the scaffolding role of RIPKs and regulated by caspase-8. Our results suggest the ZBP1 pathway contributes to inflammation in response to SARS-CoV-2 infection.

Ubiquitin ligases (E3s) embedded in the endoplasmic reticulum (ER) membrane regulate essential cellular activities including protein quality control, calcium flux, and sterol homeostasis. At least 25 different, transmembrane domain (TMD)-containing E3s are predicted to be ER-localised, but for most their organisation and cellular roles remain poorly defined. Using a comparative proteomic workflow, we mapped over 450 protein-protein interactions for 21 different stably expressed, full-length E3s. Bioinformatic analysis linked ER-E3s and their interactors to multiple homeostatic, regulatory, and metabolic pathways. Among these were four membrane-embedded interactors of RNF26, a polytopic E3 whose abundance is auto-regulated by ubiquitin-proteasome dependent degradation. RNF26 co-assembles with TMEM43, ENDOD1, TMEM33 and TMED1 to form a complex capable of modulating innate immune signalling through the cGAS-STING pathway. This RNF26 complex represents a new modulatory axis of STING and innate immune signalling at the ER membrane. Collectively, these data reveal the broad scope of regulation and differential functionalities mediated by ER-E3s for both membrane-tethered and cytoplasmic processes.

Abstract The spike (S) protein of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is required for cell entry and is the major focus for vaccine development. We combine cryo electron tomography, subtomogram averaging and molecular dynamics simulations to structurally analyze S in situ . Compared to recombinant S, the viral S is more heavily glycosylated and occurs predominantly in a closed pre-fusion conformation. We show that the stalk domain of S contains three hinges that give the globular domain unexpected orientational freedom. We propose that the hinges allow S to scan the host cell surface, shielded from antibodies by an extensive glycan coat. The structure of native S contributes to our understanding of SARS-CoV-2 infection and the development of safe vaccines. The large scale tomography data set of SARS-CoV-2 used for this study is therefore sufficient to resolve structural features to below 5 Ångstrom, and is publicly available at EMPIAR-10453.