Abstract Posttranslational neddylation of cullins in the Cullin-Ring E3 ligase (CRL) complexes is needed for proteolytic degradation of CRL substrates, whose accumulation induces cell-cycle arrest, apoptosis, and senescence. The Nedd8-activating enzyme (NAE) is critical for neddylation of CRL complexes and their growth-promoting function. Recently, the anticancer small molecule MLN4924 currently in phase I trials was determined to be an inhibitor of NAE that blocks cullin neddylation and inactivates CRL, triggering an accumulation of CRL substrates that trigger cell-cycle arrest, apoptosis, and senescence in cancer cells. Here, we report that MLN4924 also triggers autophagy in response to CRL inactivation and that this effect is important for the ability of MLN4924 to suppress the outgrowth of liver cancer cells in vitro and in vivo. MLN4924-induced autophagy was attributed partially to inhibition of mTOR activity, due to accumulation of the mTOR inhibitory protein Deptor, as well as to induction of reactive oxygen species stress. Inhibiting autophagy enhanced MLN4924-induced apoptosis, suggesting that autophagy is a survival signal triggered in response to CRL inactivation. In a xenograft model of human liver cancer, MLN4924 was well-tolerated and displayed a significant antitumor effect characterized by CRL inactivation and induction of autophagy and apoptosis in liver cancer cells. Together, our findings support the clinical investigation of MLN4924 for liver cancer treatment and provide a preclinical proof-of-concept for combination therapy with an autophagy inhibitor to enhance therapeutic efficacy. Cancer Res; 72(13); 3360–71. ©2012 AACR.

Summary A number of new cell death processes have been discovered in recent years, including ferroptosis, which is characterized by the accumulation of lipid peroxidation products derived from iron metabolism. The evidence suggests that ferroptosis has a tumor-suppressor function. However, the mechanism by which ferroptosis mediates the response of tumor cells to oncolytic viruses remains poorly understood. Newcastle disease virus can selectively replicate in tumor cells. We show that NDV-induced ferroptosis acts through p53-SLC7A11-GPX4 pathway. The expression of tumor suppressor gene p53 increased after NDV infection, and the expressions of SLC7A11 and SLC3A2 were down-regulated, leading to the inhibition of glutathione synthesis and a decrease in glutathione peroxidase 4 expression. The chemical compound erastin, which induces ferroptosis, also down-regulated glutathione synthase expression and caused lipid peroxide accumulation and cell death. Meanwhile, the levels of intracellular reactive oxygen species and lipid peroxides increased in tumor cells. Ferritinophagy was induced by NDV promotion of ferroptosis through the release of ferrous iron and an enhanced Fenton reaction. Collectively, these observations demonstrated that NDV can kill tumor cells through ferroptosis. Our study provides novel insights into the mechanisms of NDV-induced ferroptosis and highlights the critical role of viruses in treating therapy-resistant cancers.

Abstract DEAD (Glu-Asp-Ala-Glu)-box RNA helicases have been proven to contribute to antiviral innate immunity. DDX21 RNA helicase was identified as a nuclear protein involved in ribosomal RNA processing and RNA unwinding. DDX21 was also proved to be the scaffold protein in the complex of DDX1-DDX21-DHX36 which senses double strand RNA and initiates downstream innate immunity. Here, we identified that DDX21 undergoes caspase-dependent cleavage after virus infection and treatment with RNA/DNA ligands, especially for RNA virus and ligands. Caspase-3/6 cleave DDX21 at D 126 and promotes its translocation from the nucleus to the cytoplasm in response to virus infection. The cytoplasmic cleaved DDX21 negatively regulates the IFN-β signaling pathway by suppressing the formation of DDX1-DDX21-DHX36 complex. Thus, our data identify DDX21 as a regulator of immune balance and most importantly uncover a potential role of DDX21 cleavage in the innate immunity response towards virus. Importance Innate immunity serves as the first barrier against virus infection. DEAD (Glu-Asp-Ala-Glu)-box RNA helicases, originally considered to be involved RNA processing and RNA unwinding, have been shown to play an important role in anti-viral innate immunity. The precise regulation of innate immunity is critical for the host because the aberrant production of cytokines leads to unexpected pathological consequences. Here, we identified DDX21 was cleaved at D 126 by virus infection and treatment with RNA/DNA ligands via the caspase-3/6-dependent pathway. The cytoplasmic cleaved DDX21 negatively regulates the IFN-β signaling pathway by suppressing the formation of DDX1-DDX21-DHX36 complex. In sum, our data identify DDX21 as a regulator of immune balance and most importantly uncover a potential role of DDX21 cleavage in the innate immunity response towards virus.

Abstract Brucella is an intracellular parasitic pathogen that causes the worldwide zoonotic disease brucellosis. The type IV secretion system (T4SS) is utilized to secrete various effectors to help Brucella form Brucella -containing vacuoles within the cell and accomplish intracellular trafficking and replication. Brucella has fewer recognized effector proteins than other intracellular parasites in the Proteobacteria , indicating that Brucella may contain a large number of unidentified effector proteins. In this study, the optimal conditions for inducing protein secretion from Brucella were screened, and the secreted proteins of 2308 and the T4SS-deficient mutant SV123 under optimal conditions were collected for comparative proteomics analysis. By label-free quantitative proteomics, we identified 15 differential proteins. Through the β-lactamase TEM1 assay and indirect immunofluorescence assay, we identified RS15060 and RS10635 as novel T4SS effectors. Furthermore, by constructing mutation strains and performing cell/mouse infection experiments, we found that deletion of the rs15060 gene reduced the capacity of Brucella to replicate in cells and cause chronic infection in mice. In conclusion, a novel Brucella T4SS effector protein, RS15060, was identified to be associated with virulence in this study, and the discovery of effector proteins is conducive to a more comprehensive elucidation of T4SS function as well as to uncovering the cryptic strategies of Brucella survival in cells.

The hallmark of coronavirus infection lies in its ability to evade host immune defenses, a process intricately linked to the nuclear entry of transcription factors crucial for initiating the expression of antiviral genes. Central to this evasion strategy is the manipulation of the nucleocytoplasmic trafficking system, which serves as an effective target for the virus to modulate the expression of immune response-related genes. In this investigation, we discovered that infection with the infectious bronchitis virus (IBV) dynamically impedes the nuclear translocation of several transcription factors such as IRF3, STAT1, STAT2, NF-κB p65, and the p38 MAPK, leading to compromised transcriptional induction of key antiviral genes such as IFNβ, IFITM3, and IL-8. Further examination revealed that during the infection process, components of the nuclear pore complex (NPC), particularly FG-Nups (such as NUP62, NUP153, NUP42, and TPR), undergo cytosolic dispersion from the nuclear envelope; NUP62 undergoes phosphorylation, and NUP42 exhibits a mobility shift in size. These observations suggest a disruption in nucleocytoplasmic trafficking. Screening efforts identified the IBV nucleocapsid (N) protein as the agent responsible for the cytoplasmic distribution of FG-Nups, subsequently hindering the nuclear entry of transcription factors and suppressing the expression of antiviral genes. Interactome analysis further revealed that the IBV N protein interacts with the scaffold protein RACK1, facilitating the recruitment of activated protein kinase C alpha (p-PKCα) to RACK1 and relocating the p-PKCα-RACK1 complex to the cytoplasm. These observations are conserved across diverse coronaviruses N proteins. Concurrently, the presence of both RACK1 and PKCα/β proved essential for the phosphorylation and cytoplasmic dispersion of NUP62, the suppression of antiviral cytokine expression, and efficient virus replication. These findings unveil a novel, highly effective, and evolutionarily conserved mechanism.

Vaccination is crucial for the prevention and mitigation of avian influenza infections in China. The inactivated H7N9 vaccine, when administered to poultry, significantly lowers the risk of infection among both poultry and humans, while also markedly decreasing the prevalence of H7N9 detections. Highly pathogenic (HP) H7N9 viruses occasionally appear, whereas their low pathogenicity (LP) counterparts have been scarcely detected since 2018. However, these contributing factors remain poorly understood. We conducted an exploratory investigation of the mechanics via the application of comprehensive bioinformatic approaches. We delineated the Yangtze River Delta (YRD) H7N9 lineage into 5 clades (YRD-A to E). Our findings highlight the emergence and peak occurrence of the LP H7N9-containing YRD-E clade during the 5th epidemic wave in China's primary poultry farming areas. A more effective control of LP H7N9 through vaccination was observed compared to that of its HP H7N9 counterpart. YRD-E exhibited a tardy evolutionary trajectory, denoted by the conservation of its genetic and antigenic variation. Our analysis of YRD-E revealed only minimal amino acid substitutions along its phylogenetic tree and a few selective sweep mutations since 2016. In terms of epidemic fitness, the YRD-E was measured to be lower than that of the HP variants. Collectively, these findings underscore the conserved evolutionary patterns distinguishing the YRD-E. Given the conservation presented in its evolutionary patterns, the YRD-E LP H7N9 is hypothesized to be associated with a reduction following the mass vaccination in a relatively short period owing to its lower probability of antigenic variation that might affect vaccine efficiency.

Abstract The hallmark of coronavirus infection lies in its ability to evade host immune defenses, a process intricately linked to the nuclear entry of transcription factors crucial for initiating the expression of antiviral genes. Central to this evasion strategy is the manipulation of the nucleocytoplasmic trafficking system, which serves as an effective target for the virus to modulate the expression of immune response-related genes. In this investigation, we discovered that infection with the infectious bronchitis virus (IBV) dynamically impedes the nuclear translocation of several transcription factors such as IRF3, STAT1, STAT2, NF-κB p65, and the p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK), leading to compromised transcriptional induction of key antiviral genes such as IFNβ, IFITM3, and IL-8. Further examination revealed that during the infection process, components of the nuclear pore complex (NPC), particularly FG-Nups (such as NUP62, NUP153, NUP42, and TPR), undergo cytosolic dispersion from the nuclear envelope; NUP62 undergoes phosphorylation, and NUP42 exhibits a mobility shift in size. These observations suggest a disruption in nucleocytoplasmic trafficking. Screening efforts identified the IBV nucleocapsid protein (N) as the agent responsible for the cytoplasmic distribution of FG-Nups, subsequently hindering the nuclear entry of transcription factors and suppressing the expression of antiviral genes. Interactome analysis further revealed that the IBV N protein interacts with the scaffold protein RACK1, facilitating the recruitment of activated protein kinase C alpha (p-PKCα) to RACK1 and relocating the RACK1-PKCα complex to the cytoplasm. These observations are conserved across pan-coronaviruses N proteins. Concurrently, the presence of both RACK1 and PKCα/β proved essential for the phosphorylation and cytoplasmic dispersion of NUP62, the suppression of antiviral cytokine expression, and efficient virus replication. These findings unveil a novel, highly effective, and evolutionarily conserved mechanism. Author summary Coronaviruses employ diverse strategies to suppress the host innate immune defense. In this study, we uncovered a novel and highly effective strategy utilized by pan-coronaviruses to inhibit the innate immune response. Specifically, we found that the coronavirus N protein facilitates the binding of p-PKCα to RACK1, leading to the phosphorylation of NUP62 and the cytoplasmic redistribution of multiple FG-Nups. This phenomenon is accompanied by the disruption of nuclear translocation of several innate immune response-related transcription factors and suppression of antiviral/pro-inflammatory genes expression. Our research represents the first elucidation of how the N protein targets and impairs NPC function through the promotion of RACK1-PKCα interaction and NUP62 phosphorylation/disassembly. This discovery unveils a novel mechanism employed by pan-coronaviruses to counteract the host immune response.

Abstract Cytoplasmic stress granules (SGs) are generally triggered by stress-induced translation arrest for storing mRNAs. Recently, it has been shown that SGs exert anti-viral functions due to their involvement in protein synthesis shut off and recruitment of innate immune signaling intermediates. The largest RNA virus, coronavirus, mutates frequently and circulates among animals, imposing great threat to public safety and animal health; however, the significance of SGs in coronavirus infections is largely unknown. Infectious bronchitis virus (IBV) is the first identified coronavirus in 1930s and has been prevalent in poultry farm for many years. In this study, we provide evidence that IBV overcomes the host antiviral response by inhibiting SGs formation via the virus-encoded endoribonuclease nsp15. By immunofluorescence analysis, we observed that IBV infection not only did not trigger SGs formation in approximately 80% of the infected cells, but also impaired the formation of SGs triggered by heat shock, sodium arsenite, or NaCl stimuli. We show that the intrinsic endoribonuclease activity of nsp15 is responsible for the inhibition of SGs formation. In fact, nsp15-defective recombinant IBV (rIBV-nsp15-H238A) greatly induced the formation of SGs, along with accumulation of dsRNA and activation of PKR, whereas wild type IBV failed to do so. Consequently, infection with rIBV-nsp15-H238A triggered transcription of IFN-β which in turn greatly affected recombinant virus replication. Further analysis showed that SGs function as antiviral hub, as demonstrated by the attenuated IRF3-IFN response and increased production of IBV in SG-defective cells. Additional evidence includes the aggregation of PRRs and signaling intermediates to the IBV-induced SGs. Collectively, our data demonstrate that the endoribonuclease nsp15 of IBV suppresses the formation of antiviral hub SGs by regulating the accumulation of viral dsRNA and by antagonizing the activation of PKR, eventually ensuring productive virus replication. We speculate that coronaviruses employ similar mechanisms to antagonize the host anti-viral SGs formation for efficient virus replication, as the endoribonuclease function of nsp15 is conserved in all coronaviruses. Author summary It has been reported that stress granules (SGs) are part of the host cell antiviral response. Not surprisingly, viruses in turn produce an array of antagonists to counteract such host response. Here, we show that IBV inhibits the formation of SGs through its endoribonuclease nsp15, by reducing the accumulation of viral dsRNA, evading the activation of PKR, and by subsequently inhibiting eIF2α phosphorylation and SGs formation. Nsp15 also inhibits SG formation independent of the eIF2α pathway, probably by targeting host mRNA. Depletion of SG scaffold proteins decreases IRF3-IFN response and increases the production of IBV. All coronaviruses encode a conserved endoribonuclease nsp15, and it will be important to determine whether also other (non-avian) coronaviruses limit the formation of anti-viral SGs in a similar manner.

The serine incorporator (SERINC) protein family has five paralogous members with 9-11 transmembrane domains. SERINC5 is a potent host restriction factor and antagonized by HIV-1 Nef and two other retroviral accessory proteins via the lysosomal degradation pathway. Here, we investigated human SERINC4 expression and antiviral mechanisms. Unlike its four paralogs, human SERINC4 is subjected to proteasome-mediated turnover, resulting in ~250-fold lower expression than SERINC5. However, when expression was normalized, human SERINC4 restricted HIV-1 replication as effectively as SERINC5, and SERINC4 was also antagonized by Nef via the lysosomal pathway. Although SERINC4 proteins are conserved within primates or rodents, their N-terminal regions are highly variable across species. Interestingly, unlike human SERINC4, murine SERINC4 was stably expressed but had a very poor antiviral activity. We created stable SERINC4 chimeras by replacing the N-terminal region and found that the 1-34 and 35-92 amino acids determine SERINC4 antiviral activity or protein expression, respectively. Using these chimeras, we demonstrate that SERINC4 is incorporated into HIV-1 virions and restricts Tier 1 HIV-1 more effectively than Tier 3 HIV-1. Importantly, SERINC4 increases HIV-1 sensitivity to broadly neutralizing antibodies. Thus, human SERINC4 strongly restricts HIV-1 replication when it is overexpressed, which reflects a potential antiviral activity of this gene product under physiological conditions.