Kidney failure is frequently observed during and after COVID-19, but it remains elusive whether this is a direct effect of the virus. Here, we report that SARS-CoV-2 directly infects kidney cells and is associated with increased tubule-interstitial kidney fibrosis in patient autopsy samples. To study direct effects of the virus on the kidney independent of systemic effects of COVID-19, we infected human-induced pluripotent stem-cell-derived kidney organoids with SARS-CoV-2. Single-cell RNA sequencing indicated injury and dedifferentiation of infected cells with activation of profibrotic signaling pathways. Importantly, SARS-CoV-2 infection also led to increased collagen 1 protein expression in organoids. A SARS-CoV-2 protease inhibitor was able to ameliorate the infection of kidney cells by SARS-CoV-2. Our results suggest that SARS-CoV-2 can directly infect kidney cells and induce cell injury with subsequent fibrosis. These data could explain both acute kidney injury in COVID-19 patients and the development of chronic kidney disease in long COVID.

ABSTRACT In the germline of animals, PIWI interacting (pi)RNAs protect the genome against the detrimental effects of transposon mobilization. In Drosophila, piRNA-mediated cleavage of transposon RNA triggers the production of responder piRNAs via ping-pong amplification. Responder piRNA 3’ end formation is coupled to the production of downstream trailer piRNAs mediated by the nuclease Zucchini, expanding the repertoire of transposon piRNA sequences. In Aedes aegypti mosquitoes, piRNAs are generated from viral RNA, yet, it is unknown how viral piRNA 3’ ends are formed and whether viral RNA cleavage gives rise to trailer piRNA production. Here we report that in Ae. aegypti , virus- and transposon-derived piRNAs have sharp 3’ ends, and are biased for downstream uridine residues, features reminiscent of Zucchini cleavage of precursor piRNAs in Drosophila . We designed a reporter system to study viral piRNA 3’ end formation and found that targeting viral RNA by abundant endogenous piRNAs triggers the production of responder and trailer piRNAs. Using this reporter, we identified the Ae. aegypti orthologs of Zucchini and Nibbler, two nucleases involved in piRNA 3’ end formation. Our results furthermore suggest that autonomous piRNA production from viral RNA can be triggered and expanded by an initial cleavage event guided by genome-encoded piRNAs.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) emerged as a new human pathogen in late 2019 and has infected an estimated 10% of the global population in less than a year. There is a clear need for effective antiviral drugs to complement current preventive measures including vaccines. In this study, we demonstrate that berberine and obatoclax, two broad-spectrum antiviral compounds, are effective against multiple isolates of SARS-CoV-2. Berberine, a plant-derived alkaloid, inhibited SARS-CoV-2 at low micromolar concentrations and obatoclax, originally developed as an anti-apoptotic protein antagonist, was effective at sub-micromolar concentrations. Time-of-addition studies indicated that berberine acts on the late stage of the viral life cycle. In agreement, berberine mildly affected viral RNA synthesis, but strongly reduced infectious viral titers, leading to an increase in the particle-to-pfu ratio. In contrast, obatoclax acted at the early stage of the infection, in line with its activity to neutralize the acidic environment in endosomes. We assessed infection of primary human nasal epithelial cells cultured on an air-liquid interface and found that SARS-CoV-2 infection induced and repressed expression of a specific set of cytokines and chemokines. Moreover, both obatoclax and berberine inhibited SARS-CoV-2 replication in these primary target cells. We propose berberine and obatoclax as potential antiviral drugs against SARS-CoV-2 that could be considered for further efficacy testing.

ABSTRACT Efficient virus replication in Aedes vector mosquitoes is essential for the transmission of arboviral diseases such as dengue virus (DENV) in human populations. Like in vertebrates, virus-host protein-protein interactions are essential for viral replication and immune evasion in the mosquito vector. Here, 79 mosquito host proteins interacting with DENV non-structural proteins NS1 and NS5 were identified by label-free mass spectrometry, followed by a functional screening. We confirmed interactions with host factors previously observed in mammals, such as the oligosaccharyltransferase complex, and we identified protein-protein interactions that seem to be specific for mosquitoes. Among the interactors, the double-stranded RNA (dsRNA) binding protein Loquacious (Loqs), an RNA interference (RNAi) cofactor, was found to be essential for efficient replication of DENV and Zika virus (ZIKV) in mosquito cells. Loqs did not affect viral RNA stability or translation of a DENV replicon and its proviral activity was independent of its RNAi regulatory activity. Interestingly, Loqs colocalized with DENV dsRNA in viral replication organelles in infected cells and directly interacted with high affinity with DENV RNA in the 3’ untranslated region in vitro (K D = 100-200 nM). Our study provides an interactome for DENV NS1 and NS5 and identifies Loqs as a key proviral host factor in mosquitoes. We propose that DENV hijacks a factor of the RNAi mechanism for replication of its own RNA. AUTHOR SUMMARY Dengue virus is a mosquito-transmitted virus endemic to the tropics and subtropics, affecting an estimated 390 million people yearly. While the mechanisms of infection, pathogenesis and immune evasion have been extensively studied in humans, replication in Aedes mosquitoes has received much less attention, despite being a critical step in the arbovirus transmission cycle. Here, we used a proteomic approach to identify Aedes mosquito proteins recruited by dengue virus non- structural proteins NS1 and NS5. In addition to previously established host proteins that interact with DENV in mammals, we identified Loquacious, a double-stranded RNA binding protein involved in the antiviral RNAi immune response of mosquitoes. Unexpectedly, our data showed Loquacious functions as a proviral factor that is recruited to replication organelles to facilitate viral RNA replication. We propose that DENV exploits host immune components, such as Loquacious, for its own benefit.

ABSTRACT RNA interference (RNAi) plays an essential role in mosquito antiviral immunity, but it is not known whether viral siRNA profiles differ between mosquito-borne and mosquito-specific viruses. A pan-Orthoflavivirus analysis in Aedes albopictus cells revealed that viral siRNAs were evenly distributed across the viral genome of most representatives of the Flavivirus genus. In contrast, siRNA production was biased towards the 3’ untranslated region (UTR) of the genomes of classical insect-specific flaviviruses (cISF), which was most pronounced for Kamiti River virus (KRV), a virus with a unique, 1.2 kb long 3’ UTR. KRV-derived siRNAs were produced in high quantities and almost exclusively mapped to the 3’ UTR. We mapped the 5’ end of KRV subgenomic flavivirus RNAs (sfRNAs), products of the 5’-3’ exoribonuclease XRN1/Pacman stalling on secondary RNA structures in the 3’ UTR of the viral genome. We found that KRV produces high copy numbers of a long, 1017 nt sfRNA1 and a short, 421 nt sfRNA2, corresponding to two predicted XRN1-resistant elements. Expression of both sfRNA1 and sfRNA2 was reduced in Pacman deficient Aedes albopictus cells, however, this did not correlate with a shift in viral siRNA profiles. We suggest that cISFs and particularly KRV developed a unique mechanism to produce high amounts of siRNAs as a decoy for the antiviral RNAi response in an sfRNA-independent manner. IMPORTANCE The Flavivirus genus contains diverse mosquito viruses ranging from insect-specific viruses circulating exclusively in mosquito populations to mosquito-borne viruses that cause disease in humans and animals. Studying the mechanisms of virus replication and antiviral immunity in mosquitoes is important to understand arbovirus transmission and may inform the development of disease control strategies. In insects, RNA interference (RNAi) provides broad antiviral activity and constitutes a major immune response against viruses. Comparing diverse members of the Flavivirus genus, we found that all flaviviruses are targeted by RNAi. However, the insect-specific Kamiti River virus was unique in that small interfering RNAs are highly skewed towards its uniquely long 3’ untranslated region. These results suggest that mosquito-specific viruses have evolved unique mechanisms for genome replication and immune evasion.

Abstract Aedes mosquitoes transmit pathogenic arthropod-borne (arbo) viruses, putting nearly half the world’s population at risk. Blocking virus replication in mosquitoes is a promising approach to prevent arbovirus transmission, the development of which requires in-depth knowledge of virus-host interactions and mosquito immunity. By integrating multi-omics data, we find that heat shock factor 1 (Hsf1) regulates eight small heat shock protein (sHsp) genes within one topologically associated domain in the mosquito genome. This Hsf1-sHsp cascade acts as an early response against chikungunya virus (CHIKV) infection and shows pan-antiviral activity in three vector species, Aedes aegypti , Aedes albopictus , and Anopheles gambiae in cell experiments. Importantly, activation of Hsf1 leads to a reduced CHIKV infection rate in adult Ae. aegypti mosquitoes, establishing Hsf1 as a promising target for the development of novel intervention strategies to limit arbovirus transmission by mosquitoes.

Interactions between the insect immune system and RNA viruses have been best studied in Drosophila, where RNA interference, NF-κB and JAK-STAT pathways underlie antiviral immunity. In response to these immune mechanisms, insect viruses have convergently evolved suppressors of RNA interference that act by diverse mechanisms to permit viral replication. However, interactions between the insect immune system and DNA viruses have received less attention, primarily because few Drosophila-infecting DNA virus isolates are available. Here, we use a recently-isolated DNA virus of Drosophila melanogaster, Kallithea virus, to probe known antiviral immune responses and virus evasion tactics in the context of DNA virus infection. We find that fly mutants for RNA interference and Immune deficiency (Imd), but not Toll, pathways are more susceptible to Kallithea virus infection. We identify the Kallithea virus-encoded protein gp83 as a potent inhibitor of Toll signalling, strongly suggesting that Toll mediates antiviral responses during Kallithea virus infection, but that it is suppressed by the virus. Further, we find that Kallithea gp83 inhibits Toll signalling either through NF-κB transcription factor regulation, or transcriptionally. Together, these results provide a broad description of known antiviral pathways in the context of DNA virus infection and identify the first Toll pathway inhibitor in a Drosophila virus, extending the known diversity of insect virus-encoded immune inhibitors.