Autophagy influences numerous cellular processes, including innate and adaptive immunity against intracellular pathogens. However, some viruses, including dengue virus (DENV), usurp autophagy to enhance their replication. The mechanism for a positive role of autophagy in DENV infection is unclear. We present data that DENV induction of autophagy regulates cellular lipid metabolism. DENV infection leads to an autophagy-dependent processing of lipid droplets and triglycerides to release free fatty acids. This results in an increase in cellular β-oxidation, which generates ATP. These processes are required for efficient DENV replication. Importantly, exogenous fatty acids can supplant the requirement of autophagy in DENV replication. These results define a role for autophagy in DENV infection and provide a mechanism by which viruses can alter cellular lipid metabolism to promote their replication.

Recently identified hepatitis C virus (HCV) isolates that are infectious in cell culture provide a genetic system to evaluate the significance of virus–host interactions for HCV replication. We have completed a systematic RNAi screen wherein siRNAs were designed that target 62 host genes encoding proteins that physically interact with HCV RNA or proteins or belong to cellular pathways thought to modulate HCV infection. This includes 10 host proteins that we identify in this study to bind HCV NS5A. siRNAs that target 26 of these host genes alter infectious HCV production >3-fold. Included in this set of 26 were siRNAs that target Dicer, a principal component of the RNAi silencing pathway. Contrary to the hypothesis that RNAi is an antiviral pathway in mammals, as has been reported for subgenomic HCV replicons, siRNAs that target Dicer inhibited HCV replication. Furthermore, siRNAs that target several other components of the RNAi pathway also inhibit HCV replication. MicroRNA profiling of human liver, human hepatoma Huh-7.5 cells, and Huh-7.5 cells that harbor replicating HCV demonstrated that miR-122 is the predominant microRNA in each environment. miR-122 has been previously implicated in positively regulating the replication of HCV genotype 1 replicons. We find that 2′- O -methyl antisense oligonucleotide depletion of miR-122 also inhibits HCV genotype 2a replication and infectious virus production. Our data define 26 host genes that modulate HCV infection and indicate that the requirement for functional RNAi for HCV replication is dominant over any antiviral activity this pathway may exert against HCV.

Dengue virus (DENV) modifies cellular membranes to establish its sites of replication. Although the 3D architecture of these structures has recently been described, little is known about the cellular pathways required for their formation and expansion. In this report, we examine the host requirements for DENV replication using a focused RNAi analysis combined with validation studies using pharmacological inhibitors. This approach identified three cellular pathways required for DENV replication: autophagy, actin polymerization, and fatty acid biosynthesis. Further characterization of the viral modulation of fatty acid biosynthesis revealed that a key enzyme in this pathway, fatty acid synthase (FASN), is relocalized to sites of DENV replication. DENV nonstructural protein 3 (NS3) is responsible for FASN recruitment, inasmuch as ( i ) NS3 expressed in the absence of other viral proteins colocalizes with FASN and ( ii ) NS3 interacts with FASN in a two-hybrid assay. There is an associated increase in the rate of fatty acid biosynthesis in DENV-infected cells, and de novo synthesized lipids preferentially cofractionate with DENV RNA. Finally, purified recombinant NS3 stimulates the activity of FASN in vitro. Taken together, these experiments suggest that DENV co-opts the fatty acid biosynthetic pathway to establish its replication complexes. This study provides mechanistic insight into DENV membrane remodeling and highlights the potential for the development of therapeutics that inhibit DENV replication by targeting the fatty acid biosynthetic pathway.

HLA-G is a nonclassic, class I HLA molecule that has important immunomodulatory properties. Previously, we identified HLA-G as an asthma-susceptibility gene and discovered that the risk of asthma in a child was determined by both the child's HLA-G genotype and the mother's affection status. Here we report a SNP in the 3' untranslated region of HLA-G that influences the targeting of three microRNAs (miRNAs) to this gene, and we suggest that allele-specific targeting of these miRNAs accounts, at least in part, for our earlier observations on HLA-G and the risk of asthma.

The pandemic caused by Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) continues to expand. Papain-like protease (PLpro) is one of two SARS-CoV-2 proteases potentially targetable with antivirals. PLpro is an attractive target because it plays an essential role in cleavage and maturation of viral polyproteins, assembly of the replicase-transcriptase complex, and disruption of host responses. We report a substantive body of structural, biochemical, and virus replication studies that identify several inhibitors of the SARS-CoV-2 enzyme. We determined the high resolution structure of wild-type PLpro, the active site C111S mutant, and their complexes with inhibitors. This collection of structures details inhibitors recognition and interactions providing fundamental molecular and mechanistic insight into PLpro. All compounds inhibit the peptidase activity of PLpro in vitro, some block SARS-CoV-2 replication in cell culture assays. These findings will accelerate structure-based drug design efforts targeting PLpro to identify high-affinity inhibitors of clinical value.

ABSTRACT CD81 has been described as a putative receptor for hepatitis C virus (HCV); however, its role in HCV cell entry has not been characterized due to the lack of an efficient cell culture system. We have examined the role of CD81 in HCV glycoprotein-dependent entry by using a recently developed retroviral pseudotyping system. Human immunodeficiency virus (HIV) pseudotypes bearing HCV E1E2 glycoproteins show a restricted tropism for human liver cell lines. Although all of the permissive cell lines express CD81, CD81 expression alone is not sufficient to allow viral entry. CD81 is required for HIV-HCV pseudotype infection since (i) a monoclonal antibody specific for CD81 inhibited infection of susceptible target cells and (ii) silencing of CD81 expression in Huh-7.5 hepatoma cells by small interfering RNAs inhibited HIV-HCV pseudotype infection. Furthermore, expression of CD81 in human liver cells that were previously resistant to infection, HepG2 and HH29, conferred permissivity of HCV pseudotype infection. The characterization of chimeric CD9/CD81 molecules confirmed that the large extracellular loop of CD81 is a determinant for viral entry. These data suggest a functional role for CD81 as a coreceptor for HCV glycoprotein-dependent viral cell entry.

Hepatitis C virus (HCV) reorganizes cellular membranes to establish sites of replication. The required host pathways and the mechanism of cellular membrane reorganization are poorly characterized. Therefore, we interrogated a customized small interfering RNA (siRNA) library that targets 140 host membrane-trafficking genes to identify genes required for both HCV subgenomic replication and infectious virus production. We identified 7 host cofactors of viral replication, including Cdc42 and Rock2 (actin polymerization), EEA1 and Rab5A (early endosomes), Rab7L1, and PI3-kinase C2gamma and PI4-kinase IIIalpha (phospholipid metabolism). Studies of drug inhibitors indicate actin polymerization and phospholipid kinase activity are required for HCV replication. We found extensive co-localization of the HCV replicase markers NS5A and double-stranded RNA with Rab5A and partial co-localization with Rab7L1. PI4K-IIIalpha co-localized with NS5A and double-stranded RNA in addition to being present in detergent-resistant membranes containing NS5A. In a comparison of type II and type III PI4-kinases, PI4Ks were not required for HCV entry, and only PI4K-IIIalpha was required for HCV replication. Although PI4K-IIIalpha siRNAs decreased HCV replication and virus production by almost 100%, they had no effect on initial HCV RNA translation, suggesting that PI4K-IIIalpha functions at a posttranslational stage. Electron microscopy identified the presence of membranous webs, which are thought to be the site of HCV replication, in HCV-infected cells. Pretreatment with PI4K-IIIalpha siRNAs greatly reduced the accumulation of these membranous web structures in HCV-infected cells. We propose that PI4K-IIIalpha plays an essential role in membrane alterations leading to the formation of HCV replication complexes.

Global health is threatened by emerging viral infections, which largely lack effective vaccines or therapies. Targeting host pathways that are exploited by multiple viruses could offer broad-spectrum solutions. We previously reported that AAK1 and GAK, kinase regulators of the host adaptor proteins AP1 and AP2, are essential for hepatitis C virus (HCV) infection, but the underlying mechanism and relevance to other viruses or in vivo infections remained unknown. Here, we have discovered that AP1 and AP2 cotraffic with HCV particles in live cells. Moreover, we found that multiple viruses, including dengue and Ebola, exploit AAK1 and GAK during entry and infectious virus production. In cultured cells, treatment with sunitinib and erlotinib, approved anticancer drugs that inhibit AAK1 or GAK activity, or with more selective compounds inhibited intracellular trafficking of HCV and multiple unrelated RNA viruses with a high barrier to resistance. In murine models of dengue and Ebola infection, sunitinib/erlotinib combination protected against morbidity and mortality. We validated sunitinib- and erlotinib-mediated inhibition of AAK1 and GAK activity as an important mechanism of antiviral action. Additionally, we revealed potential roles for additional kinase targets. These findings advance our understanding of virus-host interactions and establish a proof of principle for a repurposed, host-targeted approach to combat emerging viruses.

Targeting the main protease of SARS-CoV-2 Inside host cells, the RNA genome of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is translated into two polyproteins that are cleaved to give the individual viral proteins. The main viral protease, known as Mpro or 3CLpro, plays a key role in these cleavages, making it an important drug target. Drayman et al . identified eight drugs that target 3CLpro from a library of 1900 clinically safe drugs. Because of the challenge of working with SARS-CoV-2, they started by screening for drugs that inhibit the replication of a human coronavirus that causes the common cold. They then evaluated the top hits for inhibiting SARS-CoV-2 replication and for inhibiting 3CLpro. Masitinib, a broad antiviral, inhibited the main proteases of coronaviruses and picornaviruses and was effective in reducing SARS-CoV-2 replication in mice. —VV