NP
Nicholas Parenti
Author with expertise in Coronavirus Disease 2019 Research
Achievements
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
2
(50% Open Access)
Cited by:
0
h-index:
5
/
i10-index:
3
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
39

SARS-CoV-2 diverges from other betacoronaviruses in only partially activating the IRE1α/XBP1 ER stress pathway in human lung-derived cells

Long Nguyen et al.Dec 30, 2021
+23
D
D
L
SUMMARY Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has killed over 6 million individuals worldwide and continues to spread in countries where vaccines are not yet widely available, or its citizens are hesitant to become vaccinated. Therefore, it is critical to unravel the molecular mechanisms that allow SARS-CoV-2 and other coronaviruses to infect and overtake the host machinery of human cells. Coronavirus replication triggers endoplasmic reticulum (ER) stress and activation of the unfolded protein response (UPR), a key host cell pathway widely believed essential for viral replication. We examined the master UPR sensor IRE1α kinase/RNase and its downstream transcription factor effector XBP1s, which is processed through an IRE1α-mediated mRNA splicing event, in human lung-derived cells infected with betacoronaviruses. We found human respiratory coronavirus OC43 (HCoV-OC43), Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV), and murine coronavirus (MHV) all induce ER stress and strongly trigger the kinase and RNase activities of IRE1α as well as XBP1 splicing. In contrast, SARS-CoV-2 only partially activates IRE1α through autophosphorylation, but its RNase activity fails to splice XBP1. Moreover, while IRE1α was dispensable for replication in human cells for all coronaviruses tested, it was required for maximal expression of genes associated with several key cellular functions, including the interferon signaling pathway, during SARS-CoV-2 infection. Our data suggest that SARS-CoV-2 actively inhibits the RNase of autophosphorylated IRE1α, perhaps as a strategy to eliminate detection by the host immune system. IMPORTANCE SARS-CoV-2 is the third lethal respiratory coronavirus after MERS-CoV and SARS-CoV to emerge this century, causing millions of deaths world-wide. Other common coronaviruses such as HCoV-OC43 cause less severe respiratory disease. Thus, it is imperative to understand the similarities and differences among these viruses in how each interacts with host cells. We focused here on the inositol-requiring enzyme 1α (IRE1α) pathway, part of the host unfolded protein response to virus-induced stress. We found that while MERS-CoV and HCoV-OC43 fully activate the IRE1α kinase and RNase activities, SARS-CoV-2 only partially activates IRE1α, promoting its kinase activity but not RNase activity. Based on IRE1α-dependent gene expression changes during infection, we propose that SARS-CoV-2 prevents IRE1α RNase activation as a strategy to limit detection by the host immune system.
0

SARS-CoV-2 nsp15 endoribonuclease antagonizes dsRNA-induced antiviral signaling

Clayton Otter et al.Jan 1, 2023
+10
A
L
C
Severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV)-2 has caused millions of deaths since emerging in 2019. Innate immune antagonism by lethal CoVs such as SARS-CoV-2 is crucial for optimal replication and pathogenesis. The conserved nonstructural protein 15 (nsp15) endoribonuclease (EndoU) limits activation of double-stranded (ds)RNA-induced pathways, including interferon (IFN) signaling, protein kinase R (PKR), and oligoadenylate synthetase/ribonuclease L (OAS/RNase L) during diverse CoV infections including murine coronavirus and Middle East respiratory syndrome (MERS)-CoV. To determine how nsp15 functions during SARS-CoV-2 infection, we constructed a mutant recombinant SARS-CoV-2 (nsp15mut) expressing a catalytically inactive nsp15. Infection with SARS-CoV-2 nsp15mut led to increased activation of the IFN signaling and PKR pathways in lung-derived epithelial cell lines and primary nasal epithelial air-liquid interface (ALI) cultures as well as significant attenuation of replication in ALI cultures compared to wild-type (WT) virus. This replication defect was rescued when IFN signaling was inhibited with the Janus activated kinase (JAK) inhibitor ruxolitinib. Finally, to assess nsp15 function in the context of minimal (MERS-CoV) or moderate (SARS-CoV-2) innate immune induction, we compared infections with SARS-CoV-2 nsp15mut and previously described MERS-CoV nsp15 mutants. Inactivation of nsp15 had a more dramatic impact on MERS-CoV replication than SARS-CoV-2 in both Calu3 cells and nasal ALI cultures suggesting that SARS-CoV-2 can better tolerate innate immune responses. Taken together, SARS-CoV-2 nsp15 is a potent inhibitor of dsRNA-induced innate immune response and its antagonism of IFN signaling is necessary for optimal viral replication in primary nasal ALI culture.