Abstract The SARS-CoV-2 coronavirus responsible for the global pandemic contains a unique furin cleavage site in the spike protein (S) that increases viral infectivity and syncytia formation. Here, we show that O-glycosylation near the furin cleavage site is mediated by specific members of the GALNT enzyme family and is dependent on the novel proline at position 681 (P681). We further demonstrate that O-glycosylation of S decreases furin cleavage. Finally, we show that GALNT family members capable of glycosylating S are expressed in human respiratory cells that are targets for SARS-CoV-2 infection. Our results suggest that O-glycosylation may influence viral infectivity/tropism by modulating furin cleavage of S and provide mechanistic insight into the potential role of P681 mutations in the recently identified, highly transmissible B.1.1.7 variant.

Most cellular ubiquitin signaling is initiated by UBA1, which activates and transfers ubiquitin to tens of E2 enzymes. Clonally acquired UBA1 missense mutations cause an inflammatory-hematologic overlap disease called VEXAS (vacuoles, E1, X-linked, autoinflammatory, somatic) syndrome. Despite extensive clinical investigation into this lethal disease, little is known about the underlying molecular mechanisms. Here, by dissecting VEXAS-causing UBA1 mutations, we discovered that p.Met41 mutations alter cytoplasmic isoform expression, whereas other mutations reduce catalytic activity of nuclear and cytoplasmic isoforms by diverse mechanisms, including aberrant oxyester formation. Strikingly, non-p.Met41 mutations most prominently affect transthioesterification, revealing ubiquitin transfer to cytoplasmic E2 enzymes as a shared property of pathogenesis amongst different VEXAS syndrome genotypes. A similar E2 charging bottleneck exists in some lung cancer-associated UBA1 mutations, but not in spinal muscular atrophy-causing UBA1 mutations, which instead, render UBA1 thermolabile. Collectively, our results highlight the precision of conformational changes required for faithful ubiquitin transfer, define distinct and shared mechanisms of UBA1 inactivation in diverse diseases, and suggest that specific E1-E2 modules control different aspects of tissue differentiation and maintenance.