Highlights•Phosphoproteomics analysis of SARS-CoV-2-infected cells uncovers signaling rewiring•Infection promotes host p38 MAPK cascade activity and shutdown of mitotic kinases•Infection stimulates CK2-containing filopodial protrusions with budding virus•Kinase activity analysis identifies potent antiviral drugs and compoundsSummaryThe causative agent of the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has infected millions and killed hundreds of thousands of people worldwide, highlighting an urgent need to develop antiviral therapies. Here we present a quantitative mass spectrometry-based phosphoproteomics survey of SARS-CoV-2 infection in Vero E6 cells, revealing dramatic rewiring of phosphorylation on host and viral proteins. SARS-CoV-2 infection promoted casein kinase II (CK2) and p38 MAPK activation, production of diverse cytokines, and shutdown of mitotic kinases, resulting in cell cycle arrest. Infection also stimulated a marked induction of CK2-containing filopodial protrusions possessing budding viral particles. Eighty-seven drugs and compounds were identified by mapping global phosphorylation profiles to dysregulated kinases and pathways. We found pharmacologic inhibition of the p38, CK2, CDK, AXL, and PIKFYVE kinases to possess antiviral efficacy, representing potential COVID-19 therapies.Graphical abstract

Abstract The Cytotoxic Necrotizing Factor Y (CNFY) is produced by the gram-negative, enteric pathogen Yersinia pseudotuberculosis . The bacterial toxin belongs to a family of deamidases, which constitutively activate Rho GTPases, thereby balancing inflammatory processes. We identified heparan sulfate proteoglycans as essential host cell factors for intoxication with CNFY. Using flow cytometry, microscopy, knockout cell lines, pulsed electron–electron double resonance and bio-layer interferometry, we studied the role of glucosaminoglycans in the intoxication process of CNFY. To analyze toxin-glucosaminoglycan interaction we utilized a truncated CNFY (CNFY 709-1014 ). Especially this C-terminal part of CNFY, which encompasses the catalytic activity, binds with high affinity to heparan sulfates. CNFY binding with the N-terminal domain to its protein receptor seems to induce a first conformational change supporting the interaction between the C-terminal domain and heparan sulfates, which seems sterically hindered in the full toxin. A second conformational change occurs by acidification of the endosome, probably allowing insertion of the hydrophobic regions of the toxin into the endosomal membrane. Our findings suggest that heparan sulfates play a major role for intoxication within the endosome, rather than being relevant for an interaction at the cell surface. Lastly, cleavage of heparin sulfate chains by heparanase is likely required for efficient uptake of the toxic enzyme into the cytosol of mammalian cells. Author Summary The RhoA deamidating Cytotoxic Necrotizing Factor Y (CNFY) from Yersinia pseudotuberculosis is a crucial virulence factor that is important for successful infection of mammalian cells by the pathogen. The mode of action by which CNFY is able to intoxicate cells can be divided into the following steps: Binding to the cell surface, internalization, translocation from the endosome to the cytosol and deamidation of RhoA. We show, that CNFY uses heparan sulfates to maximize the amount of molecules entering the cytosol. While not being necessary for toxin binding and uptake, the sugars hold a key role in the intoxication process. We show that CNFY undergoes a conformational change at a low endosomal pH, allowing the C-terminal domain to be released from the endosomal membrane by the action of heparanase. This study reveals new insights into the CNFY-host interaction and promotes understanding of the complex intoxication process of bacterial toxins.

Abstract The actin cytoskeleton operates in a multitude of cellular processes including cell shape and migration, mechanoregulation, as well as membrane or organelle dynamics. However, its filamentous properties and functions inside the mammalian cell nucleus are less well explored. We previously described transient actin assembly at mitotic exit that promotes nuclear expansion during chromatin decondensation. Here, we identify non-muscle ACTN4 as a critical regulator to facilitate F-actin formation, reorganization and bundling during postmitotic nuclear expansion. ACTN4 binds to nuclear actin filaments and ACTN4 clusters associate with nuclear F-actin in a highly dynamic fashion. ACTN4 but not ACTN1 is required for proper postmitotic nuclear volume expansion, mediated by its actin binding domain. Using super-resolution imaging to quantify actin filament numbers and widths in individual nuclei we find that ACTN4 is necessary for postmitotic nuclear actin assembly and actin filament bundling. Our findings uncover a nuclear cytoskeletal function for ACTN4 to control nuclear size during mitotic cell division.