Abstract Nucleoprotein (NP) is a key structural protein of influenza ribonucleoprotein complexes and is central to viral RNA packing and trafficking. In human cells, the interferon induced Myxovirus resistance protein 1 (MxA) binds to NP and restricts influenza replication. This selection pressure has caused NP to evolve a few critical MxA-resistant mutations, particularly the highly conserved Pro283 substitution. Previous work showed that this essential Pro283 substitution impairs influenza growth, and the fitness defect becomes particularly prominent at febrile temperature (39 °C) when host chaperones are depleted. Here, we biophysically characterize Pro283 NP and Ser283 NP to test if the fitness defect is owing to Pro283 substitution introducing folding defects. We show that the Pro283 substitution changes the folding pathway of NP without altering the native structure, making NP more aggregation prone during folding. These findings suggest that influenza has evolved to hijack host chaperones to promote the folding of otherwise biophysically incompetent viral proteins that enable innate immune system escape. Teaser Pro283 substitution in flu nucleoprotein introduces folding defects, and makes influenza uniquely dependent on host chaperones.

Abstract The sequence space accessible to evolving proteins can be enhanced by cellular chaperones that assist biophysically defective clients in navigating complex folding landscapes. It is also possible, however, for proteostasis mechanisms that promote strict quality control to greatly constrain accessible protein sequence space. Unfortunately, most efforts to understand how proteostasis mechanisms influence evolution rely on artificial inhibition or genetic knockdown of specific chaperones. The few experiments that perturb quality control pathways also generally modulate the levels of only individual quality control factors. Here, we use chemical genetic strategies to tune proteostasis networks via natural stress response pathways that regulate levels of entire suites of chaperones and quality control mechanisms. Specifically, we upregulate the unfolded protein response (UPR) to test the hypothesis that the host endoplasmic reticulum (ER) proteostasis network shapes the sequence space accessible to human immunodeficiency virus-1 (HIV) envelope (Env) protein. Elucidating factors that enhance or constrain Env sequence space is critical because Env evolves extremely rapidly, yielding HIV strains with antibody and drug escape mutations. We find that UPR-mediated upregulation of ER proteostasis factors, particularly those controlled by the IRE1-XBP1s UPR arm, globally reduces Env mutational tolerance. Conserved, functionally important Env regions exhibit the largest decreases in mutational tolerance upon XBP1s activation. This phenomenon likely reflects strict quality control endowed by XBP1s-mediated remodeling of the ER proteostasis environment. Intriguingly and in contrast, specific regions of Env, including regions targeted by broadly neutralizing antibodies, display enhanced mutational tolerance when XBP1s is activated, hinting at a role for host proteostasis network hijacking in potentiating antibody escape. These observations reveal a key function for proteostasis networks in decreasing instead of expanding the sequence space accessible to client proteins, while also demonstrating that the host ER proteostasis network profoundly shapes the mutational tolerance of Env in ways that could have important consequences for HIV adaptation.

Abstract Objective Sjögren’s syndrome (SS) is a systemic autoimmune disease that targets the exocrine glands, resulting in impaired saliva and tear secretion. To date, type I interferons (I-IFNs) are increasingly recognized as pivotal mediators in SS, but their endogenous drivers have not been elucidated. This study investigates the role of mitochondrial double-stranded RNAs (mt-dsRNAs) in regulating I-IFN response in SS. Methods Saliva and tear from SS patients and controls (n=73 for saliva and n=16 for tear), the salivary glands of the SS-prone-non-obese-diabetic mouse, and primary human salivary glandular cells were screened for mt-dsRNAs by RT-qPCR. The human salivary cell line (NS-SV-AC) grown as three-dimensional spheroids were subject to dsRNA stress to measure mt-dsRNA induction and recapitulation of SS glandular inflammatory features. Acetylcholine, SS-IgG, upadacitinib (JAK1 inhibitor), or 2-C′-methyladenosine (mitochondrial transcription inhibitor) were applied to characterize the roles of mt-dsRNAs. To identify endogenous dsRNA-sensor and confirm the mitochondrial origin of cytoplasmic dsRNAs, the immunoprecipitation of dsRNAs was performed. Results mt-dsRNAs were elevated in the SS specimens with salivary ND5 and tear CYTB1 being statistically associated with secretory dysfunction/inflammation and corneal/conjunctival damage, respectively. Stimulation of the spheroids with dsRNA stress of poly I:C induced mt-dsRNAs, p-PKR, and I-IFNS via the JAK1/STAT pathway whereas the inhibition of mt-RNA synthesis or JAK1 attenuated the glandular signature. The inhibitory effect of acetylcholine on mt-dsRNAs and I-IFNS induction was reversed by SS-IgG. Conclusion mt-dsRNAs amplify the impact of dsRNA stress on SS glandular signatures in vitro , potentially propagating a pseudo-viral signal in the SS target tissue. Summary Mitochondrial double-stranded RNA levels were elevated in the tear and saliva of SS patients, which was associated with secretory dysfunction and tissue inflammation. These RNAs amplified type I interferon signature as well as glandular phenotypes reported in SS. Inhibitors of mitochondrial RNA transcription or JAK1 in salivary gland acinar cell spheroids attenuated the mitochondrial RNA-mediated changes.