Abstract The anti-viral immune response is dependent on the ability of infected cells to sense foreign nucleic acids. In multiple species, the pattern recognition receptor (PRR) cyclic GMP-AMP synthase (cGAS) senses viral DNA as an essential component of the innate response. cGAS initiates a range of signalling outputs that are dependent on generation of the second messenger cGAMP that binds to the adaptor protein stimulator of interferon genes (STING). Here we show that in chicken macrophages, the cGAS/STING pathway is essential not only for the production of type-I interferons in response to intracellular DNA stimulation, but also for regulation of macrophage effector functions including the expression of MHC-II and co-stimulatory molecules. In the context of fowlpox, an avian DNA virus infection, the cGAS/STING pathway was found to be responsible for type-I interferon production and MHC-II transcription. The sensing of fowlpox virus DNA is therefore essential for mounting an anti-viral response in chicken cells and for regulation of a specific set of macrophage effector functions.

The innate immune response relies on the ability of host cells to rapidly detect and respond to microbial nucleic acids. Toll-like receptors (TLRs), a class of pattern recognition receptors (PRRs), play a fundamental role in distinguishing self from non-self at the molecular level. In this study, we focused on TLR21, an avian TLR that recognizes DNA motifs commonly found in bacterial genomic DNA, specifically unmethylated CpG motifs. TLR21 is believed to act as a functional homologue to mammalian TLR9. By analysing TLR21 signalling in chickens, we sought to elucidate avian TLR21 activation outputs in parallel to that of other nucleic acid species. Our analyses revealed that chicken TLR21 (chTLR21) triggers the activation of NF-kappa B and induces a potent type-I interferon response in chicken macrophages, similar to the signalling cascades observed in mammalian TLR9 activation. Notably, the transcription of interferon beta (IFNB) by chTLR21 was found to be dependent on both NF-kappa B and IRF7 signalling, but independent of the TBK1 kinase, a distinctive feature of mammalian TLR9 signalling. These findings highlight the conservation of critical signalling components and downstream responses between avian TLR21 and mammalian TLR9, despite their divergent evolutionary origins. These insights into the evolutionarily conserved mechanisms of nucleic acid sensing contribute to the broader understanding of host-pathogen interactions across species.

Abstract The ability of cells to mount an interferon response to virus infections depends on intracellular nucleic acid sensing pattern recognition receptors (PRRs). RIG-I is an intracellular PRR that binds short double stranded viral RNAs to trigger MAVS-dependent signalling. The RIG-I/MAVS signalling complex requires the coordinated activity of multiple kinases and E3 ubiquitin ligases to activate the transcription factors that drive type I and type III interferon production from infected cells. The linear ubiquitin chain assembly complex (LUBAC) regulates the activity of multiple receptor signalling pathways in both ligase-dependent and -independent ways. Here, we show that the three proteins that constitute LUBAC have separate functions in regulating RIG-I signalling. Both HOIP, the E3 ligase capable of generating M1-ubiquitin chains, and LUBAC accessory protein HOIL-1 are required for viral RNA sensing by RIG-I. The third LUBAC component, SHARPIN, is not required for RIG-I signalling. These data cement the role of LUBAC as a positive regulator of RIG-I signalling and as an important component of antiviral innate immune responses.

Abstract To mount an efficient interferon response to virus infection, intracellular pattern recognition receptors (PRRs) sense viral nucleic acids and activate anti-viral gene transcription. The mechanisms by which intracellular DNA and DNA viruses are sensed are relevant not only to antiviral innate immunity, but also to autoinflammation and anti-tumour immunity through initiation of sterile inflammation by self-DNA recognition. The PRRs that directly sense and respond to viral or damaged self-DNA function by signalling to activate interferon regulatory factor (IRF)-dependent type one interferon (IFN-I) transcription. We and others have previously defined DNA-dependent protein kinase (DNA-PK) as an essential component of the DNA-dependent antiviral innate immune system. Here, we show that DNA-PK is essential for STING-dependent IFN-I responses in human cells during stimulation with exogenous DNA and infection with DNA viruses.

The sensing of viral nucleic acid by pattern recognition receptors (PRRs) is essential for initiation of a type-I interferon response against infection. Intracellular DNA sensing PRRs are responsible for initiating innate immune responses to poxviruses and other double-stranded DNA viruses. Poxviruses, in turn, encode an armoury of immunomodulators that inhibit this host defence mechanism. DNA-dependent protein kinase (DNA-PK) is an essential component of the cGAS/STING-dependent viral DNA sensing machinery that leads to the initiation of a type-I interferon response during poxvirus infection. Poxviruses counter this host sensing mechanism using the C4/C10 family of proteins that target DNA-PK, interfering with its ability to bind viral DNA. Although the DNA-PK complex, known also for its role in double strand break repair, is conserved across multiple taxa, its function in innate immunity outside mammals is unexplored. Here we analysed the contribution of DNA-PK to poxvirus DNA sensing in chickens, a species that is evolutionarily distant from mammals, but that is also infected by poxviruses. We found that DNA-PK functions as a DNA sensor in chickens, and this process is countered by C4/C10 family members found in fowlpox virus. This host/pathogen interaction is conserved across a broader range of species than other mechanisms of poxvirus antagonism of innate immune sensing, which may reflect the difficulty of the host in evolving escape mechanisms that interfere with a protein that is essential for maintenance of genomic stability.