ABSTRACT The NLRP1 inflammasome is a multiprotein complex that is a potent activator of inflammation. Mouse NLRP1B can be activated through proteolytic cleavage by the bacterial Lethal Toxin (LeTx) protease, resulting in degradation of the N-terminal domains of NLRP1B and liberation of the bioactive C-terminal domain, which includes the caspase activation and recruitment domain (CARD). However, a natural pathogen-derived effector that can activate human NLRP1 remains unknown. Here, we use an evolutionary model to identify several proteases from diverse picornaviruses that cleave human NLRP1 within a rapidly evolving region of the protein, leading to host-specific and virus-specific activation of the NLRP1 inflammasome. Our work demonstrates that NLRP1 acts as a “tripwire” to recognize the enzymatic function of a wide range of viral proteases, and suggests that host mimicry of viral polyprotein cleavage sites can be an evolutionary strategy to activate a robust inflammatory immune response.

Ribosomes are highly abundant cellular machines that perform the essential task of translating the genetic code into proteins. Cellular translation activity is finely tuned and proteostasis insults, such as those incurred upon viral infection, activate stress signaling pathways that result in translation reprogramming. Viral infection selectively shuts down host mRNA while redistributing ribosomes for selective translation of viral mRNAs. The intricacies of this selective ribosome shuffle from host to viral mRNAs are poorly understood. Here, we uncover a role for the ribosome associated quality control (RQC) factor ZNF598, a sensor for collided ribosomes, as a critical factor for vaccinia virus mRNA translation. Collided ribosomes are sensed by ZNF598, which ubiquitylates 40S subunit proteins uS10 and eS10 and thereby initiates RQC-dependent nascent chain degradation and ribosome recycling. We show that vaccinia infection in human cells enhances uS10 ubiquitylation indicating an increased burden on RQC pathways during viral propagation. Consistent with an increased RQC demand, we demonstrate that vaccinia virus replication is impaired in cells which either lack ZNF598 or contain a ubiquitylation deficient version of uS10. Using SILAC-based proteomics and concurrent RNAseq analysis, we determine that host translation of vaccinia virus mRNAs is compromised in cells that lack RQC activity as compared to control cells whereas there was little evidence of differences in host or viral transcription. Additionally, vaccinia virus infection resulted in a loss of cellular RQC activity, suggesting that ribosomes engaged in viral protein production recruit ZNF598 away from its function in host translation. Thus, co-option of ZNF598 by vaccinia virus plays a critical role in translational reprogramming that is needed for optimal viral propagation.

Abstract Hosts have evolved diverse strategies to respond to microbial infections, including the detection of pathogen-encoded proteases by inflammasome-forming sensors such as NLRP1 and CARD8. Here, we find that the 3CL protease (3CL pro ) encoded by diverse coronaviruses, including SARS-CoV-2, cleaves a rapidly evolving region of human CARD8 and activates a robust inflammasome response. CARD8 is required for cell death and the release of pro-inflammatory cytokines during SARS-CoV-2 infection. We further find that natural variation alters CARD8 sensing of 3CL pro , including 3CL pro -mediated antagonism rather than activation of megabat CARD8. Likewise, we find that a single nucleotide polymorphism (SNP) in humans reduces CARD8’s ability to sense coronavirus 3CL pros , and instead enables sensing of 3C proteases (3C pro ) from select picornaviruses. Our findings demonstrate that CARD8 is a broad sensor of viral protease activities and suggests that CARD8 diversity contributes to inter- and intra-species variation in inflammasome-mediated viral sensing and immunopathology.

Abstract Viruses interact with the intracellular transport machinery to promote viral replication. Such host-virus interactions can drive host gene adaptation, leaving signatures of pathogen-driven evolution in host genomes. Here we leverage these genetic signatures to identify the dynein activating adaptor, ninein-like (NINL), as a critical component in the antiviral innate immune response and as a target of viral antagonism. Unique among genes encoding components of active dynein complexes, NINL has evolved under recurrent positive (diversifying) selection, particularly in its carboxy-terminal cargo binding region. Consistent with a role for NINL in host immunity, we demonstrate that NINL knockout cells exhibit an impaired response to interferon, resulting in increased permissiveness to viral replication. Moreover, we show that proteases encoded by diverse picornaviruses and coronaviruses cleave and disrupt NINL function in a host- and virus-specific manner. Our work reveals the importance of NINL in the antiviral response and the utility of using signatures of host-virus conflicts to uncover new components of antiviral immunity and targets of viral antagonism.