The genome of SARS-CoV-2 encodes two viral proteases (NSP3/papain-like protease and NSP5/3C-like protease) that are responsible for cleaving viral polyproteins during replication. Here, we discovered new functions of the NSP3 and NSP5 proteases of SARS-CoV-2, demonstrating that they could directly cleave proteins involved in the host innate immune response. We identified 3 proteins that were specifically and selectively cleaved by NSP3 or NSP5: IRF-3, and NLRP12 and TAB1, respectively. Direct cleavage of IRF3 by NSP3 could explain the blunted Type-I IFN response seen during SARS-CoV-2 infections while NSP5 mediated cleavage of NLRP12 and TAB1 point to a molecular mechanism for enhanced production of cytokines and inflammatory responThe genome of SARS-CoV-2 encodes two viral proteases (NSP3/papain-like protease and NSP5/3C-like protease) that are responsible for cleaving viral polyproteins during replication. Here, we discovered new functions of the NSP3 and NSP5 proteases of SARS-CoV-2, demonstrating that they could directly cleave proteins involved in the host innate immune response. We identified 3 proteins that were specifically and selectively cleaved by NSP3 or NSP5: IRF-3, and NLRP12 and TAB1, respectively. Direct cleavage of IRF3 by NSP3 could explain the blunted Type-I IFN response seen during SARS-CoV-2 infections while NSP5 mediated cleavage of NLRP12 and TAB1 point to a molecular mechanism for enhanced production of cytokines and inflammatory response observed in COVID-19 patients. We demonstrate that in the mouse NLRP12 protein, one of the recognition site is not cleaved in our in-vitro assay. We pushed this comparative alignment of IRF-3 and NLRP12 homologs and show that the lack or presence of cognate cleavage motifs in IRF-3 and NLRP12 could contribute to the presentation of disease in cats and tigers, for example. Our findings provide an explanatory framework for indepth studies into the pathophysiology of COVID-19.

Abstract The genome of SARS-CoV-2 (SARS2) encodes for two viral proteases (NSP3/ papain-like protease and NSP5/ 3C-like protease or major protease) that are responsible for cleaving viral polyproteins for successful replication. NSP3 and NSP5 of SARS-CoV (SARS1) are known interferon antagonists. Here, we examined whether the protease function of SARS2 NSP3 and NSP5 target proteins involved in the host innate immune response. We designed a fluorescent based cleavage assay to rapidly screen the protease activity of NSP3 and NSP5 on a library of 71 human innate immune proteins (HIIPs), covering most pathways involved in human innate immunity. By expressing each of these HIIPs with a genetically encoded fluorophore in a cell-free system and titrating in the recombinant protease domain of NSP3 or NSP5, we could readily detect cleavage of cognate HIIPs on SDS-page gels. We identified 3 proteins that were specifically and selectively cleaved by NSP3 or NSP5: IRF-3, and NLRP12 and TAB1, respectively. Direct cleavage of IRF3 by NSP3 could explain the blunted Type- I IFN response seen during SARS-CoV-2 infections while NSP5 mediated cleavage of NLRP12 and TAB1 point to a molecular mechanism for enhanced production of IL-6 and inflammatory response observed in COVID-19 patients. Surprisingly, both NLRP12 and TAB1 have each two distinct cleavage sites. We demonstrate that in mice, the second cleavage site of NLRP12 is absent. We pushed this comparative alignment of IRF-3 and NLRP12 homologs and show that the lack or presence of cognate cleavage motifs in IRF-3 and NLRP12 could contribute to the presentation of disease in cats and tigers, for example. Our findings provide an explanatory framework for in-depth studies into the pathophysiology of COVID-19 and should facilitate the search or development of more effective animal models for severe COVID-19. Finally, we discovered that one particular species of bats, David’s Myotis, possesses the five cleavage sites found in humans for NLRP12, TAB1 and IRF3. These bats are endemic from the Hubei province in China and we discuss its potential role as reservoir for the evolution of SARS1 and SASR2.

Abstract SARS-CoV-2 is a highly transmissible virus that causes COVID-19 disease. Mechanisms of viral pathogenesis include excessive inflammation and viral-induced cell death, resulting in tissue damage. We identified the host E3-ubiquitin ligase TRIM7 as an inhibitor of apoptosis and SARS-CoV-2 replication via ubiquitination of the viral membrane (M) protein. Trim7 -/- mice exhibited increased pathology and virus titers associated with epithelial apoptosis and dysregulated immune responses. Mechanistically, TRIM7 ubiquitinates M on K14, which protects cells from cell death. Longitudinal SARS-CoV-2 sequence analysis from infected patients revealed that mutations on M-K14 appeared in circulating variants during the pandemic. The relevance of these mutations was tested in a mouse model. A recombinant M- K14/K15R virus showed reduced viral replication, consistent with the role of K15 in virus assembly, and increased levels of apoptosis associated with the loss of ubiquitination on K14. TRIM7 antiviral activity requires caspase-6 inhibition, linking apoptosis with viral replication and pathology.

The emergence of the Omicron lineage represented a major genetic drift in SARS-CoV-2 evolution. This was associated with phenotypic changes including evasion of pre-existing immunity and decreased disease severity. Continuous evolution within the Omicron lineage raised concerns of potential increased transmissibility and/or disease severity. To address this, we evaluated the fitness and pathogenesis of contemporary Omicron variants XBB.1.5, XBB.1.16, EG.5.1, and JN.1 in the upper (URT) and lower respiratory tract (LRT). We compared in vivo infection in Syrian hamsters with infection in primary human nasal and lung epithelium cells and assessed differences in transmissibility, antigenicity, and innate immune activation. Omicron variants replicated efficiently in the URT but displayed limited pathology in the lungs compared to previous variants and failed to replicate in human lung organoids. JN.1 was attenuated in both URT and LRT compared to other Omicron variants and failed to transmit in the hamster model. Our data demonstrate that Omicron lineage evolution has favored increased fitness in the URT.

ABSTRACT Several members of the tripartite motif (TRIM) family of E3 ubiquitin ligases regulate immune pathways including the antiviral type I interferon (IFN-I) system. Previously, we demonstrated that TRIM6 is involved in IFN-I induction and signaling. In the absence of TRIM6, optimal IFN-I signaling is reduced, allowing increased replication of interferon-sensitive viruses. Despite having evolved numerous mechanisms to restrict the vertebrate host’s IFN-I response, West Nile Virus (WNV) replication is sensitive to pre-treatment with IFN-I. However, the regulators and products of the IFN-I pathway that are important in regulating WNV replication are incompletely defined. Consistent with WNV’s sensitivity to IFN-I, we found that in TRIM6 knockout (TRIM6-KO) A549 cells WNV replication is significantly increased and IFN-I induction and signaling is impaired compared to wild-type (wt) cells. IFNβ pre-treatment was more effective in protecting against subsequent WNV infection in wt cells as compared to TRIM6-KO, indicating that TRIM6 contributes to the establishment of an IFN-induced antiviral response against WNV. Using next generation sequencing, we identified VAMP8 as a potential factor involved in this TRIM6-mediated antiviral response. VAMP8 knockdown resulted in reduced Jak1 and STAT1 phosphorylation and impaired induction of several ISGs following WNV infection or IFNβ treatment. Furthermore, VAMP8-mediated STAT1 phosphorylation required the presence of TRIM6. Therefore, the VAMP8 protein is a novel regulator of IFN-I signaling, and its expression and function is dependent on TRIM6 activity. Overall, these results provide evidence that TRIM6 contributes to the antiviral response against WNV and identified VAMP8 as a novel regulator of the IFN-I system. IMPORTANCE WNV is a mosquito-borne flavivirus that poses threat to human health across large discontinuous areas throughout the world. Infection with WNV results in febrile illness, which can progress to severe neurological disease. Currently, there are no approved treatment options to control WNV infection. Understanding the cellular immune responses that regulate viral replication is important in diversifying the resources available to control WNV. Here we show that the elimination of TRIM6 in human cells results in an increase in WNV replication and alters the expression and function of other components of the IFN-I pathway through VAMP8. Dissecting the interactions between WNV and host defenses both informs basic molecular virology and promotes the development of host- and viral-targeted antiviral strategies.

SUMMARY Several examples of high-impact cross-species transmission of newly emerging or re-emerging bat-borne viruses, such as Sudan virus, Nipah virus, and severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, have occurred in the past decades. Recent advancements in next-generation sequencing have strengthened ongoing efforts to catalog the global virome, in particular from the multitude of different bat species. However, functional characterization of these novel viruses and virus sequences is typically limited with regard to assessment of their cross-species potential. Our understanding of the intricate interplay between virus and host underlying successful cross-species transmission has focused on the basic mechanisms of entry and replication, as well as the importance of host innate immune responses. In this review, we discuss the various roles of the respective molecular mechanisms underlying cross-species transmission using different recent bat-borne viruses as examples. To delineate the crucial cellular and molecular steps underlying cross-species transmission, we propose a framework of overall characterization to improve our capacity to characterize viruses as benign, of interest, or of concern.

Abstract The ancestral sarbecovirus giving rise to SARS-CoV-2 is posited to have originated in bats. While SARS-CoV-2 causes asymptomatic to severe respiratory disease in humans, little is known about the biology, virus tropism, and immunity of SARS-CoV-2-like sarbecoviruses in bats. SARS-CoV-2 has been shown to infect multiple mammalian species, including various rodent species, non-human primates, and Egyptian fruit bats. We show that SARS-CoV-2 can utilize Jamaican fruit bat ( Artibeus jamaicensis) ACE2 spike for entry in vitro. Therefore, we investigate the Jamaican fruit bat as a possible in vivo model to study reservoir responses. We find that SARS-CoV-2 Delta does not efficiently replicate in Jamaican fruit bats in vivo. We observe infectious viruses in the lungs of only one animal on day 1 post-inoculation and find no evidence of shedding or seroconversion. This is possibly due to host factors restricting virus egress after aborted replication. Furthermore, we observe no significant immune gene expression changes in the respiratory tract but do observe changes in the intestinal metabolome after inoculation. This suggests that, despite its broad host range, SARS-CoV-2 is unable to infect all bat species, and Jamaican fruit bats are not an appropriate model to study SARS-CoV-2 reservoir infection.

SARS-CoV-2 is a highly transmissible virus that causes COVID-19 disease. Mechanisms of viral pathogenesis include excessive inflammation and viral-induced cell death, resulting in tissue damage. Here we show that the host E3-ubiquitin ligase TRIM7 acts as an inhibitor of apoptosis and SARS-CoV-2 replication via ubiquitination of the viral membrane (M) protein. Trim7-/- mice exhibit increased pathology and virus titers associated with epithelial apoptosis and dysregulated immune responses. Mechanistically, TRIM7 ubiquitinates M on K14, which protects cells from cell death. Longitudinal SARS-CoV-2 sequence analysis from infected patients reveal that mutations on M-K14 appeared in circulating variants during the pandemic. The relevance of these mutations was tested in a mouse model. A recombinant M-K14/K15R virus shows reduced viral replication, consistent with the role of K15 in virus assembly, and increased levels of apoptosis associated with the loss of ubiquitination on K14. TRIM7 antiviral activity requires caspase-6 inhibition, linking apoptosis with viral replication and pathology. TRIM7 acts as an antiviral factor during SARS-CoV-2 infection, by ubiquitinating the M protein on K14 and inhibiting caspase-6-dependent apoptosis. The natural K14 mutations in circulating strains support the physiological role of M ubiquitination.

The most recent Sudan virus (SUDV) outbreak in Uganda was first detected in September 2022 and resulted in 164 laboratory-confirmed cases and 77 deaths. Currently, there are no approved vaccines or therapeutics against SUDV. In the current study, we investigated the protective efficacy of ChAdOx1-biEBOV in cynomolgus macaques using a prime or a prime-boost regimen. ChAdOx1-biEBOV is a replication-deficient simian adenovirus vector encoding SUDV and Ebola virus (EBOV) glycoproteins (GPs) at the E1 and E4 loci, respectively. Intramuscular vaccination induced SUDV and EBOV GP-specific IgG responses and neutralizing antibodies. Upon challenge with SUDV, vaccinated animals, regardless of vaccination scheme, showed signs of disease like those observed in control animals, and no difference in survival outcomes were measured among all three groups. Viral load in blood samples and in tissue samples obtained after necropsy were not significantly different between groups. Overall, this study highlights the importance of evaluating vaccines in multiple animal models, including nonhuman primates, and demonstrates the importance of understanding protective efficacy in both animal models and human hosts.

Ebolavirus (EBOV) belongs to a family of highly pathogenic viruses that cause severe hemorrhagic fever in humans. EBOV replication requires the activity of the viral polymerase complex, which includes the co-factor and Interferon antagonist VP35. We previously showed that the covalent ubiquitination of VP35 promotes virus replication by regulating interactions with the polymerase complex. In addition, VP35 can also interact non-covalently with ubiquitin (Ub); however, the function of this interaction is unknown. Here, we report that VP35 interacts with free (unanchored) K63-linked polyUb chains. Ectopic expression of Isopeptidase T (USP5), which is known to degrade unanchored polyUb chains, reduced VP35 association with Ub and correlated with diminished polymerase activity in a minigenome assay. Using computational methods, we modeled the VP35-Ub non-covalent interacting complex, identified the VP35-Ub interacting surface and tested mutations to validate the interface. Docking simulations identified chemical compounds that can block VP35-Ub interactions leading to reduced viral polymerase activity that correlated with reduced replication of infectious EBOV. In conclusion, we identified a novel role of unanchored polyUb in regulating Ebola virus polymerase function and discovered compounds that have promising anti-Ebola virus activity.