ABSTRACT Established in vitro models for SARS-CoV-2 infection are limited and include cell lines of non-human origin and those engineered to overexpress ACE2, the cognate host cell receptor. We identified human H522 lung adenocarcinoma cells as naturally permissive to SARS-CoV-2 infection despite complete absence of ACE2. Infection of H522 cells required the SARS-CoV-2 spike protein, though in contrast to ACE2-dependent models, spike alone was not sufficient for H522 infection. Temporally resolved transcriptomic and proteomic profiling revealed alterations in cell cycle and the antiviral host cell response, including MDA5-dependent activation of type-I interferon signaling. Focused chemical screens point to important roles for clathrin-mediated endocytosis and endosomal cathepsins in SARS-CoV-2 infection of H522 cells. These findings imply the utilization of an alternative SARS-CoV-2 host cell receptor which may impact tropism of SARS-CoV-2 and consequently human disease pathogenesis.

ABSTRACT A wide range of protein acyl modifications has been identified on enzymes across various metabolic processes; however, the impact of these modifications remains poorly understood. Protein glutarylation is a recently identified modification that can be non-enzymatically driven by glutaryl-CoA. In mammalian systems, this unique metabolite is only produced in the lysine and tryptophan oxidative pathways. To better understand the biology of protein glutarylation, we studied the relationship between enzymes within the lysine/tryptophan catabolic pathways, protein glutarylation, and regulation by the deglutarylating enzyme Sirtuin 5 (SIRT5). Here, we identify glutarylation on the lysine oxidation pathway enzyme glutaryl-CoA dehydrogenase (GCDH). We show increased GCDH glutarylation when glutaryl-CoA production is stimulated by lysine catabolism. Our data reveal glutarylation of GCDH impacts its function, ultimately decreasing lysine oxidation. We then demonstrate the ability of SIRT5 to deglutarylate GCDH, restoring its enzymatic activity. Finally, metabolomic and bioinformatic analyses indicate an expanded role for SIRT5 in regulating amino acid metabolism. Together, these data support a model whereby a feedback loop exists within the lysine/tryptophan oxidation pathway, in which glutaryl-CoA is produced, in turn inhibiting GCDH function via glutaryl modification of GCDH lysine residues, and can be relieved by SIRT5 deacylation activity.

Abstract The consequences of damage to the mitochondrial genome (mtDNA) are poorly understood, although mtDNA is more susceptible to damage than nuclear DNA (nucDNA), and many environmental toxicants target the mitochondria. Reports from the toxicological literature suggest that exposure to early-life mitochondrial damage could lead to deleterious consequences later in life (the “Developmental Origins of Health and Disease” paradigm) but reports from other fields often report beneficial (“mitohormetic”) responses to such damage. Here, we test the effects of low (causing no change in lifespan) levels of ultraviolet C (UVC)-induced, irreparable mtDNA damage during early development in Caenorhabditis elegans . This exposure led to life-long reductions in mtDNA copy number and steady-state ATP levels, accompanied by increased oxygen consumption and altered metabolite profiles, suggesting inefficient mitochondrial function. Exposed nematodes were also developmentally delayed, reached smaller adult size, and were rendered more susceptible to subsequent exposure to chemical mitotoxicants. Metabolomic and genetic analysis of key signaling and metabolic pathways supported redox signaling during early development as a mechanism for establishing these persistent alterations. Our results highlight the importance of early-life exposures to environmental pollutants, especially in the context of exposure to chemicals that target mitochondria.

Abstract The WNT/ β -catenin signaling pathway is evolutionarily conserved and controls normal embryonic development, adult tissue homeostasis and regeneration. Aberrant activation or suppression of WNT signaling contributes to cancer initiation and progression, developmental disorders, neurodegeneration, and bone disease. Despite great need and more than 40 years of research, targeted therapies for the WNT pathway have yet to be fully realized. Kinases are exceptionally druggable and occupy key nodes within the WNT signaling network, but several pathway-relevant kinases remain understudied and ‘dark’. Here we studied the function of the CSNK1 γ subfamily of human kinases. miniTurbo-based proximity biotinylation and mass spectrometry analysis of CSNK1 γ 1, CSNK1 γ 2, and CSNK1 γ 3 revealed numerous established components of the β -catenin- dependent and independent WNT signaling pathway, as well as novel interactors. In gain-of- function experiments leveraging a panel of transcriptional reporters, CSNK1 γ 3 but not CSNK1 γ 1 or CSNK1 γ 2 activated β -catenin-dependent WNT signaling and the Notch pathway. Within the family, CSNK1 γ 3 expression uniquely induced LRP6 phosphorylation. Conversely, siRNA- mediated silencing of CSNK1 γ 3 alone had no impact on WNT signaling, though co-silencing of all three family members decreased WNT pathway activity. We characterized two moderately selective and potent small molecule inhibitors of the CSNK1 γ family. These inhibitors and a CSNK1 γ 3 kinase dead mutant suppressed but did not eliminate WNT-driven LRP6 phosphorylation and β -catenin stabilization. Our data suggest that while CSNK1 γ 3 expression uniquely drives pathway activity, potential functional redundancy within the family necessitates loss of all three family members to suppress the WNT signaling pathway.