ABSTRACT ISG15 is an interferon-stimulated, ubiquitin-like protein that can conjugate to substrate proteins (ISGylation) to counteract microbial infection, but the underlying mechanisms remain elusive. Here, we used a viral-like particle trapping technology to identify ISG15-binding proteins and discovered Ring Finger Protein 213 (RNF213) as an ISG15 interactor and cellular sensor of ISGylated proteins. RNF213 is a poorly-characterized, interferon-induced megaprotein that is frequently mutated in Moyamoya disease, a rare cerebrovascular disorder. We found that interferon induces ISGylation and oligomerization of RNF213 on lipid droplets, where it acts as a sensor for ISGylated proteins. We showed that RNF213 has broad antimicrobial activity in vitro and in vivo, counteracting infection with Listeria monocytogenes, herpes simplex virus 1 (HSV-1), human respiratory syncytial virus (RSV) and coxsackievirus B3 (CVB3), and we observed a striking co-localization of RNF213 with intracellular bacteria. Together, our findings provide novel molecular insights into the ISGylation pathway and reveal RNF213 as a key antimicrobial effector.

PARP-catalysed ADP-ribosylation (ADPr) is important in regulating various cellular pathways. Until recently, PARP-dependent mono-ADP-ribosylation has been poorly understood due to the lack of sensitive detection methods. Here, we utilised an improved antibody to detect mono-ADP-ribosylation. We visualised endogenous interferon (IFN)-induced ADP-ribosylation and show that PARP14 is a major enzyme responsible for this modification. Fittingly, this signalling is reversed by the macrodomain from SARS-CoV-2 (Mac1), providing a possible mechanism by which Mac1 counteracts the activity of antiviral PARPs. Our data also elucidate a major role of PARP9 and its binding partner, the E3 ubiquitin ligase DTX3L, in regulating PARP14 activity through protein-protein interactions and by the hydrolytic activity of PARP9 macrodomain 1. Finally, we also present the first visualisation of ADPr-dependent ubiquitylation in the IFN response. These approaches should further advance our understanding of IFN-induced ADPr and ubiquitin signalling processes and could shed light on how different pathogens avoid such defence pathways.

Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) causes zoonotic disease. Dromedary camels are the source of zoonotic infection. We identified a mutation of amino acid leucine to phenylalanine in the codon 232 position of the non-structural protein 6 (nsp6) (nsp6 L232F) that is repeatedly associated with zoonotic transmission. We generated a pair of isogenic recombinant MERS-CoV with nsp6 232L and 232F residues, respectively, and showed that the nsp6 L232F mutation confers higher replication competence in ex-vivo culture of human nasal and bronchial tissues and in lungs of mice experimentally infected in-vivo. Mechanistically, the nsp6 L232F mutation appeared to modulate autophagy and was associated with higher exocytic virus egress, while innate immune responses and zippering activity of the endoplasmic reticulum remained unaffected. Our study suggests that MERS-CoV nsp6 may contribute to viral adaptation to humans. This highlights the importance of continued surveillance of MERS-CoV in both camels and humans.

Abstract PARP14 is a mono-ADP-ribosyl transferase involved in the control of immunity, transcription and DNA replication stress management. However, little is known about the ADP-ribosylation activity of PARP14, including its substrate specificity or how PARP14-dependent ADP-ribosylation is reversed. Here we show that PARP14 is dual function enzyme with both ADP-ribosyl transferase and hydrolase activity acting on both protein and nucleic acid substrates. In particular, we show that the PARP14 macrodomain 1 is an active ADP-ribosyl hydrolase. We also demonstrate hydrolytic activity for the first macrodomain of PARP9. We reveal that expression of a PARP14 mutant with the inactivated macrodomain 1 results in a dramatic increase in mono(ADP-ribosyl)ation of proteins in human cells, including PARP14 itself and antiviral PARP13. Moreover, we demonstrate that the closely related hydrolytically active macrodomain of SARS2 Nsp3, Mac1, efficiently reverses PARP14 ADP-ribosylation in vitro and in cells, supporting the evolution of viral macrodomains to counteract PARP14-mediated antiviral response. Teaser PARP14 is an antiviral PARP that combines ADP-ribosylation writer, reader and eraser functions in one polypeptide.

Deubiquitylases (DUBs) regulate critical signaling pathways at the intersection of host innate immunity and viral pathogenesis. Although RIG-I activation is heavily dependent on ubiquitylation, DUBs that regulate this pathway have not been identified. Using a ubiquitin C-terminal electrophile, we profiled DUBs that function during influenza A virus (IAV) infection, and isolated OTUB1 as a key regulator of RIG-I dependent antiviral responses. OTUB1 was interferon-inducible, and interacted with RIG-I, viral PB2 and NS1. Upon infection, OTUB1 relocalised from the nucleus to mitochondrial membranes, and activated the RIG-I signalling complex via hydrolysis of K48 polyubiquitin chains and by forming a repressive complex with UBCH5c. Using a reconstituted system composed of in vitro translated [35S]IRF3, purified RIG-I, mitochondrial membranes and cytosol expressing OTUB1 variants, we recapitulated the mechanism of OTUB1-dependent RIG-I activation. A wide range of IAV NS1 proteins triggered proteasomal degradation of OTUB1, thereby antagonizing the RIG-I signalling cascade and antiviral responses.

Among the various host cellular processes that are hijacked by flaviviruses, very few mechanisms have been described with regard to viral secretion. Here we investigated how flaviviruses exploit the Src family kinases (SFKs) for exit from infected cells. We isolated three members of the SFK family , Src, Fyn and Lyn, that were specifically activated during secretion of Dengue and Zika or their corresponding virus like particles (VLPs). Pharmacological inhibition or genetic depletion of the SFKs blocked virus secretion, most significantly upon Lyn-deficiency. Lyn-/- cells were severely impaired in virus release and were rescued when reconstituted with wild-type Lyn, but not a kinase- or palmitoylation-deficient Lyn mutant. In the absence of Lyn activity or its aberrant membrane association, virions were sorted into the lysosomal pathway for degradation. We established that Lyn triggered post-Golgi virus transport in organelles distinct from conventional exocytic vesicles and resembling secretory autophagosomes. Virus secretion depended on the Ulk1, Rab GTPases and SNARE complexes implicated in secretory but not degradative autophagosomes. This mode of export was specifically triggered by processed and mature, but not by furin-resistant virus particles, and occurred with significantly faster kinetics than the conventional secretory pathway. Our study therefore charts a previously undiscovered Lyn-dependent exit strategy, triggered by flaviviruses in secretory autophagosomes that might enable them to evade circulating antibodies and dictate tissue tropism.