Abstract The severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is worldwide the main cause of the COVID-19 pandemic. After infection of human pulmonary cells, intracellular viral replication take place in different cellular compartments resulting in the destruction of the host cells and causing severe respiratory diseases. Although cellular trafficking of SARS-CoV-2 have been explored, little is known about the role of the cytoskeleton during viral replication in pulmonary cells. Here we show that SARS-CoV-2 infection induces dramatic changes of F-actin nanostructures overtime. Ring-like actin nanostructures are surrounding viral intracellular organelles, suggesting a functional interplay between F-actin and viral M clusters during particle assembly. Filopodia-like structures loaded with viruses to neighbour cells suggest these structures as mechanism for cell-to-cell virus transmission. Strikingly, gene expression profile analysis and PKN inhibitor treatments of infected pulmonary cells reveal a major role of alpha-actinins superfamily proteins in SARS-CoV-2 replication. Overall, our results highlight cell actors required for SARS-CoV2 replication that are promises for antiviral targets. Teaser Impairing regulation of actin filaments inhibits SARS-CoV-2 particle production in human pulmonary cells.

Abstract Intracellular bacterial pathogens divert multiple cellular pathways to establish their niche and persist inside their host. Coxiella burnetii , the causative agent of Q fever, secretes bacterial effector proteins via its Type 4 secretion system to generate a Coxiella -containing vacuole (CCV). Manipulation of lipid and protein trafficking by these effectors is essential for bacterial replication and virulence. Here, we have characterized the lipid composition of CCVs and discovered that the effector Vice interacts with phosphoinositides and membranes enriched in phosphatidylserine (PS) and lysobisphosphatidic acid (LBPA). Remarkably, eukaryotic cells ectopically expressing Vice present compartments that resemble early CCVs in both morphology and composition. We discovered that the biogenesis of these compartments relies on the double function of Vice. The effector protein initially localizes at the plasma membrane of eukaryotic cells where it triggers the internalization of large vacuoles by macropinocytosis. Then, Vice stabilizes these compartments by perturbing the ESCRT machinery and inhibiting the formation of intraluminal vesicles (ILVs). Collectively, our results reveal that Vice is an essential C. burnetii effector protein capable of hijacking two major cellular pathways to shape the bacterial replicative niche. Significance statement Coxiella burnetii is a unique bacterial pathogen that secretes more than a hundred effector proteins to manipulate cellular processes and establish a replicative niche, the Coxiella -containing vacuole (CCV). Our study identified host cell lipids that are actively recruited by the bacterium to the CCV. Using a library of effector mutants, we identified the protein Vice (for Vacuole-inducing Coxiella effector) as the first bacterial effector capable of interacting with lysobisphosphatydic acid-enriched membranes and accumulating this lipid to CCVs. We show that Vice is also capable of stimulating macropinocytosis and inhibiting the ESCRT machinery. Together, our data show how a single bacterial effector can manipulate different cellular processes to favor the biogenesis of a bacterial pathogen’s niche.

Abstract Prevalence of wide spread bacterial infections bring forth a critical need in understanding the molecular mechanisms of the antibiotics as well as the bacterial response to those antibiotics. Improper usage of antibiotics, which can be in sub-lethal concentrations is one among the multiple reasons for acquiring antibiotic resistance which makes it vital to understand the bacterial response towards sub-lethal concentrations of antibiotics. In this work, we have used colistin, a well-known membrane active antibiotic used to treat severe bacterial infections and explored the impact of its sub-minimum inhibitory concentration (MIC) on the lipid membrane dynamics and morphological changes of E. coli . Upon investigation of live cell membrane properties such as lipid dynamics using fluorescence correlation spectroscopy, we observed that colistin disrupts the lipid membrane at sub-MIC by altering the lipid diffusivity. Interestingly, filamentation-like cell elongation was observed upon colistin treatment which led to further exploration of surface morphology with the help of atomic force spectroscopy. The changes in the surface roughness upon colistin treatment provides additional insight on the colistin-membrane interaction corroborating with the altered lipid diffusion. Although altered lipid dynamics could be attributed to an outcome of lipid rearrangement due to direct disruption by antibiotic molecules on the membrane or an indirect consequence of disruptions in lipid biosynthetic pathways, we were able to ascertain that altered bacterial membrane dynamics is due to direct disruptions. Our results provide a broad overview on the consequence of the cyclic polypeptide, colistin on membrane specific lipid dynamics and morphology of a live Gram-negative bacterial cell.

ABSTRACT SARS-CoV-2 is an RNA enveloped virus responsible for the COVID-19 pandemia that conducted in 6 million deaths worldwide so far. SARS-CoV-2 particles are mainly composed of the 4 main structural proteins M, N, E and S to form 100nm diameter viral particles. Based on productive assays, we propose an optimal transfected plasmid ratio mimicking the virus RNA ratio allowing SARS-CoV-2 Virus-Like Particle (VLPs) formation composed of the viral structural proteins M, N, E and S. Furthermore, monochrome, dual-color fluorescent or photoconvertible VLPs were produced. Thanks to live fluorescence and super-resolution microscopy, we quantified VLPs size and concentration. It shows a diameter of 110 and 140 nm respectively for MNE-VLPs and MNES-VLPs with a minimum concentration of 10e12 VLP/ml. SARS-CoV-2 VLPs could tolerate the integration of fluorescent N and M tagged proteins without impairing particle assembly. In this condition, we were able to establish incorporation of the mature Spike in fluorescent VLPs. The Spike functionality was then shown by monitoring fluorescent MNES-VLPs docking and endocytosis in human pulmonary cells expressing the receptor hACE2. This work provides new insights on the use of non-fluorescent and fluorescent VLPs to study and visualize the SARS-CoV-2 viral life cycle in a safe environment (BSL-2 instead of BSL-3). Moreover, optimized SARS-CoV-2 VLP production can be further adapted to vaccine design strategies.

Abstract Human Respiratory Syncytial virus (RSV) is the leading cause of infantile bronchiolitis in the developed world and of childhood deaths in resource-poor settings. The elderly and the immunosuppressed are also affected. It is a major unmet target for vaccines and anti-viral drugs. RSV assembles and buds from the host cell plasma membrane by forming infections viral particles which are mostly filamentous. A key interaction during RSV assembly is the interaction of plasma membrane lipids with the Matrix (M) protein layer forming at assembly sites. Although the structure of RSV M protein dimer is known, it is unclear how the viral M proteins interact with certain plasma membrane lipids to promote viral assembly. Here, we demonstrate that M proteins cluster at the plasma membrane by selectively binding with phosphatidylserine (PS). Our in vitro studies suggest that M binds PS lipid as dimers and M mutant with a phosphomimetic substitution inhibits interaction with PS lipids. The presence of other negatively charged lipids like PI(4, 5)P2 does not affect RSV M ability to bind, while cholesterol negatively affects M interaction with lipids. Moreover, we show that the initial binding of the RSV M protein with lipids is independent of the cytoplasmic tail of fusion (F) glycoprotein (FCT). It is the first in vitro study of M interaction with plasma membrane lipids. M binding to plasma membrane may represent a viable therapeutic strategy for small molecules that will block viral spread.