SARS-CoV-2 utilizes a number of strategies to modulate viral and host mRNA translation. Here, we used ribosome profiling in SARS-CoV-2 infected model cell lines and primary airway cells grown at the air-liquid interface to gain a deeper understanding of the translationally regulated events in response to virus replication. We find that SARS-CoV-2 mRNAs dominate the cellular mRNA pool but are not more efficiently translated than cellular mRNAs. SARS-CoV-2 utilized a highly efficient ribosomal frameshifting strategy in comparison to HIV-1, suggesting utilization of distinct structural elements. In the highly permissive cell models, although SARS-CoV-2 infection induced the transcriptional upregulation of numerous chemokines, cytokines and interferon stimulated genes, many of these mRNAs were not translated efficiently. Impact of SARS-CoV-2 on host mRNA translation was more subtle in primary cells, with marked transcriptional and translational upregulation of inflammatory and innate immune responses and downregulation of processes involved in ciliated cell function. Together, these data reveal the key role of mRNA translation in SARS-CoV-2 replication and highlight unique mechanisms for therapeutic development.

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a progressive, inflammatory lung disease that is monitored clinically by measures of lung function, without effective molecular markers of disease activity or therapeutic efficacy. Lung immune cells active in the pro-fibrotic process include inflammatory monocyte and interstitial macrophages that express the C-C motif chemokine receptor 2 (CCR2). CCR2+ monocyte lung influx is essential for disease phenotypes in models of fibrosis and identified in lungs from subjects with IPF. Here, we show that our peptide-based radiotracer 64Cu-DOTA-ECL1i identifies CCR2+ inflammatory monocytes and interstitial macrophages in multiple preclinical mouse models of lung fibrosis, using positron emission tomography (PET) imaging. Mice with bleomycin-induced fibrosis treated with blocking antibodies to interleukin-1β, a mediator of fibrosis associated with CCR2+ cell inflammation, or with pirfenidone, an approved anti-fibrotic agent, demonstrated decreased CCR2-dependent interstitial macrophage accumulation and reduced 64Cu-DOTA-ECL1i PET uptake, compared to controls. Lung tissues from patients with fibrotic lung disease demonstrated abundant CCR2+ cells surrounding regions of fibrosis, and an ex vivo tissue-binding assay showed correlation between radiotracer localization and CCR2+ cells. In a phase 0/1 clinical study of 64Cu-DOTA-ECL1i PET, healthy volunteers showed little lung uptake, while subjects with pulmonary fibrosis exhibited increased uptake, notably in zones of subpleural fibrosis, reflecting the distribution of CCR2+ cells in the profibrotic niche. These findings support a pathologic role of inflammatory lung monocytes/macrophages in fibrotic lung disease and the translational use of 64Cu-DOTA-ECL1i PET to track CCR2-specific inflammation for image-guided therapy.

DNAAF5 is a dynein motor assembly factor associated with the autosomal heterogenic recessive condition of motile cilia, primary ciliary dyskinesia (PCD). The effects of allele heterozygosity on motile cilia function are unknown. We used CRISPR-Cas9 genome editing in mice to recreate a human missense variant identified in patients with mild PCD and a second, frameshift null deletion in Dnaaf5 . Litters with Dnaaf5 heteroallelic variants showed distinct missense and null gene dosage effects. Homozygosity for the null Dnaaf5 alleles was embryonic lethal. Compound heterozygous animals with the missense and null alleles showed severe disease manifesting as hydrocephalus and early lethality. However, animals homozygous for the missense mutation had improved survival, with partial preserved cilia function and motor assembly observed by ultrastructure analysis. Notably, the same variant alleles exhibited divergent cilia function across different multiciliated tissues. Proteomic analysis of isolated airway cilia from mutant mice revealed reduction in some axonemal regulatory and structural proteins not previously reported in DNAAF5 variants. While transcriptional analysis of mouse and human mutant cells showed increased expression of genes coding for axonemal proteins. Together, these findings suggest allele-specific and tissue-specific molecular requirements for cilia motor assembly that may affect disease phenotypes and clinical trajectory in motile ciliopathies.A mouse model of human DNAAF5 primary ciliary dyskinesia variants reveals gene dosage effects of mutant alleles and tissue-specific molecular requirements for cilia motor assembly.