Abstract Upon infection of Pseudomonas cells, jumbo phages 201Φ2-1, ΦPA3, and ΦKZ assemble a phage nucleus. Viral DNA is enclosed within the phage-encoded proteinaceous shell along with proteins associated with DNA replication, recombination and transcription. Ribosomes and proteins involved in metabolic processes are excluded from the nucleus. RNA synthesis occurs inside the phage nucleus and messenger RNA is presumably transported into the cytoplasm to be translated. Newly synthesized proteins either remain in the cytoplasm or specifically translocate into the nucleus. The molecular mechanisms governing selective protein sorting and nuclear import in these phage infection systems are currently unclear. To gain insight into this process, we studied the localization of five reporter fluorescent proteins (GFP + , sfGFP, GFPmut1, mCherry, CFP). During infection with ΦPA3 or 201Φ2-1, all five fluorescent proteins were excluded from the nucleus as expected; however, we have discovered an anomaly with the ΦKZ nuclear transport system. The fluorescent protein GFPmut1, expressed by itself, was transported into the ΦKZ phage nucleus. We identified the amino acid residues on the surface of GFPmut1 required for nuclear targeting. Fusing GFPmut1 to any protein, including proteins that normally reside in the cytoplasm, resulted in transport of the fusion into the nucleus. Although the mechanism of transport is still unknown, we demonstrate that GFPmut1 is a useful tool that can be used for fluorescent labelling and targeting of proteins into the ΦKZ phage nucleus.

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.

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.