Here, a protein known as MX2 is shown to be a major effector of interferon-α-mediated resistance to HIV-1 infection: susceptibility of the HIV-1 virus to inhibition by MX2 is dictated by the Capsid region of the viral Gag protein, and inhibition occurs at a late post-entry step of infection. Two groups report in this issue of Nature that the human interferon-induced GTP-binding protein MX2 is a potent inhibitor of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) and a number of other lentiviruses. For some years it had been known that the related protein MX1 can inhibit HIV-1 replication in humans, but MX2 was thought to be devoid of antiviral activity. The anti-HIV-1 action of MX2 is much less dependent on GTPase activity than is the broader antiviral activity of MX1, pointing to possible mechanistic differences between them. Animal cells harbour multiple innate effector mechanisms that inhibit virus replication. For the pathogenic retrovirus human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1), these include widely expressed restriction factors1, such as APOBEC3 proteins2, TRIM5-α3, BST2 (refs 4, 5) and SAMHD1 (refs 6, 7), as well as additional factors that are stimulated by type 1 interferon (IFN)8,9,10,11,12,13,14. Here we use both ectopic expression and gene-silencing experiments to define the human dynamin-like, IFN-induced myxovirus resistance 2 (MX2, also known as MXB) protein as a potent inhibitor of HIV-1 infection and as a key effector of IFN-α-mediated resistance to HIV-1 infection. MX2 suppresses infection by all HIV-1 strains tested, has equivalent or reduced effects on divergent simian immunodeficiency viruses, and does not inhibit other retroviruses such as murine leukaemia virus. The Capsid region of the viral Gag protein dictates susceptibility to MX2, and the block to infection occurs at a late post-entry step, with both the nuclear accumulation and chromosomal integration of nascent viral complementary DNA suppressed. Finally, human MX1 (also known as MXA), a closely related protein that has long been recognized as a broadly acting inhibitor of RNA and DNA viruses, including the orthomyxovirus influenza A virus15,16, does not affect HIV-1, whereas MX2 is ineffective against influenza virus. MX2 is therefore a cell-autonomous, anti-HIV-1 resistance factor whose purposeful mobilization may represent a new therapeutic approach for the treatment of HIV/AIDS.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is the etiologic agent of coronavirus disease 19 (COVID-19), which ranges from mild respiratory symptoms to acute respiratory distress syndrome, and death in the most severe cases. Immune dysregulation with altered innate cytokine responses is thought to contribute to disease severity. Here, we characterized in depth host cell responses against SARS-CoV-2 in primary human airway epithelia (HAE) and immortalized cell lines. Our results demonstrate that primary HAE and model cells elicit a robust induction of type I and III interferons (IFNs). Importantly, we show for the first time that melanoma differentiation associated gene (MDA)-5 is the main sensor of SARS-CoV-2 in lung cells. IFN exposure strongly inhibited viral replication and de novo production of infectious virions. However, despite high levels of IFNs produced in response to SARS-CoV-2 infection, the IFN response was unable to control viral replication in lung cells, contrary to what was previously reported in intestinal epithelial cells. Altogether, these results highlight the complex and ambiguous interplay between viral replication and the timing of IFN responses.IMPORTANCE Mammalian cells express sensors able to detect specific features of pathogens and induce the interferon response, which is one of the first line of defenses against viruses and help controlling viral replication. The mechanisms and impact of SARS-CoV-2 sensing in lung epithelial cells remained to be deciphered. In this study, we report that despite a high production of type I and III interferons specifically induced by MDA-5-mediated sensing of SARS-CoV-2, primary and immortalized lung epithelial cells are unable to control viral replication. However, exogenous interferons potently inhibited replication, if provided early upon viral exposure. A better understanding of the ambiguous interplay between the interferon response and SARS-CoV-2 replication is essential to guide future therapeutical interventions.

Abstract Several genome-wide CRISPR knockout screens have been conducted to identify host factors regulating SARS-CoV-2 replication, but the models used have often relied on overexpression of ACE2 receptor. Additionally, such screens have yet to identify the protease TMPRSS2, known to be important for viral entry at the plasma membrane. Here, we conducted a meta-analysis of these screens and showed a high level of cell-type specificity of the identified hits, arguing for the necessity of additional models to uncover the full landscape of SARS-CoV-2 host factors. We performed genome-wide knockout and activation CRISPR screens in Calu-3 lung epithelial cells, as well as knockout screens in Caco-2 intestinal cells. In addition to identifying ACE2 and TMPRSS2 as top hits, our study reveals a series of so far unidentified and critical host-dependency factors, including the Adaptins AP1G1 and AP1B1 and the flippase ATP8B1. Moreover, new anti-SARS-CoV-2 proteins with potent activity, including several membrane-associated Mucins, IL6R, and CD44 were identified. We further observed that these genes mostly acted at the critical step of viral entry, with the notable exception of ATP8B1, the knockout of which prevented late stages of viral replication. Exploring the pro- and anti-viral breadth of these genes using highly pathogenic MERS-CoV, seasonal HCoV-NL63 and -229E and influenza A orthomyxovirus, we reveal that some genes such as AP1G1 and ATP8B1 are general coronavirus cofactors. In contrast, Mucins recapitulated their known role as a general antiviral defense mechanism. These results demonstrate the value of considering multiple cell models and perturbational modalities for understanding SARS-CoV-2 replication and provide a list of potential new targets for therapeutic interventions.

Abstract Genome-wide screens are powerful approaches to unravel new regulators of viral infections. Here, we used a CRISPR/Cas9 screen to reveal new HIV-1 inhibitors. This approach led us to identify the RNA helicase DDX42 as an intrinsic antiviral inhibitor. DDX42 was previously described as a non-processive helicase, able to bind RNA secondary structures such as G-quadruplexes, with no clearly defined function ascribed. Our data show that depletion of endogenous DDX42 significantly increased HIV-1 DNA accumulation and infection in cell lines and primary cells. DDX42 overexpression inhibited HIV-1, whereas a dominant-negative mutant increased infection. Importantly, DDX42 also restricted retrotransposition of LINE-1, infection with other retroviruses and positive-strand RNA viruses, including CHIKV and SARS-CoV-2. However, DDX42 did not inhibit infection with three negative-strand RNA viruses, arguing against a general, unspecific effect on target cells, which was confirmed by RNA-seq analysis. DDX42 was found in the vicinity of viral elements by proximity ligation assays, and cross-linking RNA immunoprecipitation confirmed a specific interaction of DDX42 with RNAs from sensitive viruses. This strongly suggested a direct mode of action of DDX42 on viral ribonucleoprotein complexes. Taken together, our results show for the first time a new and important role of DDX42 in intrinsic antiviral immunity.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is the third highly pathogenic coronavirus to spill over to humans in less than 20 years, after SARS-CoV-1 in 2002-2003 and Middle East respiratory syndrome (MERS)-CoV in 2012. SARS-CoV-2 is the etiologic agent of coronavirus disease 19 (COVID-19), which ranges from mild respiratory symptoms to severe lung injury and death in the most severe cases. The COVID-19 pandemic is currently a major health issue worldwide. Immune dysregulation characterized by altered innate cytokine responses is thought to contribute to the pathology of COVID-19 patients, which is a testimony of the fundamental role of the innate immune response against SARS-CoV-2. Here, we further characterized the host cell antiviral response against SARS-CoV-2 by using primary human airway epithelia and immortalized model cell lines. We mainly focused on the type I and III interferon (IFN) responses, which lead to the establishment of an antiviral state through the expression of IFN-stimulated genes (ISGs). Our results demonstrate that both primary airway epithelial cells and model cell lines elicit a robust immune response characterized by a strong induction of type I and III IFN through the detection of viral pathogen molecular patterns (PAMPs) by melanoma differentiation associated gene (MDA)-5. However, despite the high levels of type I and III IFNs produced in response to SARS-CoV-2 infection, the IFN response was unable to control viral replication, whereas IFN pre-treatment strongly inhibited viral replication and de novo production of infectious virions. Taken together, these results highlight the complex and ambiguous interplay between viral replication and the timing of IFN responses.

Abstract Myxovirus resistance protein 1 (MX1) and MX2, are homologous, dynamin-like large GTPases, induced upon interferon (IFN) exposure. Human MX1 (HsMX1) is known to inhibit many viruses, including influenza A virus (IAV), by likely acting at various steps of their life cycles. Despite decades of studies, the mechanism(s) of action with which MX1 proteins manage to inhibit target viruses is not fully understood. MX1 proteins are mechano-enzymes and share a similar organization to dynamin, with an amino-terminal GTPase domain and a carboxy-terminal stalk domain, connected by a Bundle Signalling Element (BSE). These three elements are known to be essential for antiviral activity. HsMX1 has two unstructured regions, the L4 loop, also essential for antiviral activity, and a short amino (N)-terminal region, which greatly varies between MX1 proteins of different species. The role of this N-terminal domain in antiviral activity is not known. Herein, using mutagenesis, imaging and biochemical approaches, we demonstrate that the N-terminal domain of HsMX1 is essential for antiviral activity against IAV and Vesicular Stomatitis Virus (VSV), and for the ability to aggregate Orthobunyavirus nucleoproteins. Furthermore, we pinpoint a highly conserved leucine within this region, which is absolutely crucial for human, mouse and bat MX1 protein antiviral activity. Importantly, mutation of this leucine does not compromise GTPase activity or oligomerization capabilities, but does modify MX1 protein subcellular localisation. The discovery of this essential and highly conserved residue defines this region as key and may reveal insights as to the mechanism of action of MX1 proteins.

Abstract Interferon-inducible Myxovirus resistance 1 (MX1) proteins are well-known to restrict influenza A virus (IAV) at early stages during viral replication, impairing the viral transcription/replication process. Herein, we show that this early restriction was only partial against human IAVs, whereas a strong inhibition of viral production was observed. Indeed, relatively high levels of IAV mRNAs and proteins were observed in the presence of human (Hs) and mouse (Mm) MX1 proteins but additional inhibition processes occurred at later stages of IAV life cycle. Hence, MmMx1 induced an abnormal nuclear accumulation of the viral nucleoprotein (NP) at late time points post-infection. This block was also observed, albeit to a much lower extent, with HsMX1. In most HsMX1-expressing cells, vRNPs could be exported from the nucleus to the cytoplasm however a potent defect in subsequent vRNP cytoplasmic trafficking was observed. Indeed, vRNPs were found sequestrated together with cellular co-factors YBX1 and Rab11a in large clusters in the vicinity of the microtubule organization center (MTOC). Live imaging experiments revealed that the transient association of HsMX1 with Rab11a-associated vRNPs favoured their dynein-dependant retrograde transport along microtubules towards the MTOC. Importantly, dynein inhibition prevented the vRNP sequestration and significantly rescued infectious viral production in the presence of HsMX1, showing a significant contribution of these abnormal vRNP clusters in HsMX1 antiviral activity. In conclusion, this study provides the first evidence of IAV vRNPs being re-routed and accumulated away from the plasma membrane, through the coordinated action of HsMX1 restriction factor, dynein and the microtubule network.