Summary A number of new cell death processes have been discovered in recent years, including ferroptosis, which is characterized by the accumulation of lipid peroxidation products derived from iron metabolism. The evidence suggests that ferroptosis has a tumor-suppressor function. However, the mechanism by which ferroptosis mediates the response of tumor cells to oncolytic viruses remains poorly understood. Newcastle disease virus can selectively replicate in tumor cells. We show that NDV-induced ferroptosis acts through p53-SLC7A11-GPX4 pathway. The expression of tumor suppressor gene p53 increased after NDV infection, and the expressions of SLC7A11 and SLC3A2 were down-regulated, leading to the inhibition of glutathione synthesis and a decrease in glutathione peroxidase 4 expression. The chemical compound erastin, which induces ferroptosis, also down-regulated glutathione synthase expression and caused lipid peroxide accumulation and cell death. Meanwhile, the levels of intracellular reactive oxygen species and lipid peroxides increased in tumor cells. Ferritinophagy was induced by NDV promotion of ferroptosis through the release of ferrous iron and an enhanced Fenton reaction. Collectively, these observations demonstrated that NDV can kill tumor cells through ferroptosis. Our study provides novel insights into the mechanisms of NDV-induced ferroptosis and highlights the critical role of viruses in treating therapy-resistant cancers.

Vaccines represent an effective tool for controlling disease infection. As a key component of vaccines, many types of adjuvants have been developed and used today. This study is designed to investigate the efficacy of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) as a new adjuvant. The results showed that SWCNT could adsorb the antigen by intermolecular action, and the adsorption rate was significantly higher after dispersion of the SWCNTs in a sonic bath. The titer of specific antibody of mice in the SWCNTs group was higher than that of the mice in the antigen control group, confirming the adjuvant efficacy of SWCNTs. During immunisation, the specific antibody was detected earlier in the mice of the SWCNTs group, especially when the amount of antigen was reduced. And it was proved that the titer of antibodies was higher after subcutaneous and intraperitoneal injection compared to intramuscular injection. Most importantly, the mice immunised with SWCNTs showed almost the same level of immunity as the mice in the FCA (Freund's complete adjuvant) group, indicating that the SWCNTs were an effective adjuvant. In addition, the mice in the SWCNT group maintained antibody levels for 90 days after the last booster vaccination and showed a good state of health during the observed period. We also found that the SWCNTs were able to induce macrophages activation and enhance antigen uptake by mouse peritoneal macrophages.

Abstract DEAD (Glu-Asp-Ala-Glu)-box RNA helicases have been proven to contribute to antiviral innate immunity. DDX21 RNA helicase was identified as a nuclear protein involved in ribosomal RNA processing and RNA unwinding. DDX21 was also proved to be the scaffold protein in the complex of DDX1-DDX21-DHX36 which senses double strand RNA and initiates downstream innate immunity. Here, we identified that DDX21 undergoes caspase-dependent cleavage after virus infection and treatment with RNA/DNA ligands, especially for RNA virus and ligands. Caspase-3/6 cleave DDX21 at D 126 and promotes its translocation from the nucleus to the cytoplasm in response to virus infection. The cytoplasmic cleaved DDX21 negatively regulates the IFN-β signaling pathway by suppressing the formation of DDX1-DDX21-DHX36 complex. Thus, our data identify DDX21 as a regulator of immune balance and most importantly uncover a potential role of DDX21 cleavage in the innate immunity response towards virus. Importance Innate immunity serves as the first barrier against virus infection. DEAD (Glu-Asp-Ala-Glu)-box RNA helicases, originally considered to be involved RNA processing and RNA unwinding, have been shown to play an important role in anti-viral innate immunity. The precise regulation of innate immunity is critical for the host because the aberrant production of cytokines leads to unexpected pathological consequences. Here, we identified DDX21 was cleaved at D 126 by virus infection and treatment with RNA/DNA ligands via the caspase-3/6-dependent pathway. The cytoplasmic cleaved DDX21 negatively regulates the IFN-β signaling pathway by suppressing the formation of DDX1-DDX21-DHX36 complex. In sum, our data identify DDX21 as a regulator of immune balance and most importantly uncover a potential role of DDX21 cleavage in the innate immunity response towards virus.

The hallmark of coronavirus infection lies in its ability to evade host immune defenses, a process intricately linked to the nuclear entry of transcription factors crucial for initiating the expression of antiviral genes. Central to this evasion strategy is the manipulation of the nucleocytoplasmic trafficking system, which serves as an effective target for the virus to modulate the expression of immune response-related genes. In this investigation, we discovered that infection with the infectious bronchitis virus (IBV) dynamically impedes the nuclear translocation of several transcription factors such as IRF3, STAT1, STAT2, NF-κB p65, and the p38 MAPK, leading to compromised transcriptional induction of key antiviral genes such as IFNβ, IFITM3, and IL-8. Further examination revealed that during the infection process, components of the nuclear pore complex (NPC), particularly FG-Nups (such as NUP62, NUP153, NUP42, and TPR), undergo cytosolic dispersion from the nuclear envelope; NUP62 undergoes phosphorylation, and NUP42 exhibits a mobility shift in size. These observations suggest a disruption in nucleocytoplasmic trafficking. Screening efforts identified the IBV nucleocapsid (N) protein as the agent responsible for the cytoplasmic distribution of FG-Nups, subsequently hindering the nuclear entry of transcription factors and suppressing the expression of antiviral genes. Interactome analysis further revealed that the IBV N protein interacts with the scaffold protein RACK1, facilitating the recruitment of activated protein kinase C alpha (p-PKCα) to RACK1 and relocating the p-PKCα-RACK1 complex to the cytoplasm. These observations are conserved across diverse coronaviruses N proteins. Concurrently, the presence of both RACK1 and PKCα/β proved essential for the phosphorylation and cytoplasmic dispersion of NUP62, the suppression of antiviral cytokine expression, and efficient virus replication. These findings unveil a novel, highly effective, and evolutionarily conserved mechanism.

Abstract The hallmark of coronavirus infection lies in its ability to evade host immune defenses, a process intricately linked to the nuclear entry of transcription factors crucial for initiating the expression of antiviral genes. Central to this evasion strategy is the manipulation of the nucleocytoplasmic trafficking system, which serves as an effective target for the virus to modulate the expression of immune response-related genes. In this investigation, we discovered that infection with the infectious bronchitis virus (IBV) dynamically impedes the nuclear translocation of several transcription factors such as IRF3, STAT1, STAT2, NF-κB p65, and the p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK), leading to compromised transcriptional induction of key antiviral genes such as IFNβ, IFITM3, and IL-8. Further examination revealed that during the infection process, components of the nuclear pore complex (NPC), particularly FG-Nups (such as NUP62, NUP153, NUP42, and TPR), undergo cytosolic dispersion from the nuclear envelope; NUP62 undergoes phosphorylation, and NUP42 exhibits a mobility shift in size. These observations suggest a disruption in nucleocytoplasmic trafficking. Screening efforts identified the IBV nucleocapsid protein (N) as the agent responsible for the cytoplasmic distribution of FG-Nups, subsequently hindering the nuclear entry of transcription factors and suppressing the expression of antiviral genes. Interactome analysis further revealed that the IBV N protein interacts with the scaffold protein RACK1, facilitating the recruitment of activated protein kinase C alpha (p-PKCα) to RACK1 and relocating the RACK1-PKCα complex to the cytoplasm. These observations are conserved across pan-coronaviruses N proteins. Concurrently, the presence of both RACK1 and PKCα/β proved essential for the phosphorylation and cytoplasmic dispersion of NUP62, the suppression of antiviral cytokine expression, and efficient virus replication. These findings unveil a novel, highly effective, and evolutionarily conserved mechanism. Author summary Coronaviruses employ diverse strategies to suppress the host innate immune defense. In this study, we uncovered a novel and highly effective strategy utilized by pan-coronaviruses to inhibit the innate immune response. Specifically, we found that the coronavirus N protein facilitates the binding of p-PKCα to RACK1, leading to the phosphorylation of NUP62 and the cytoplasmic redistribution of multiple FG-Nups. This phenomenon is accompanied by the disruption of nuclear translocation of several innate immune response-related transcription factors and suppression of antiviral/pro-inflammatory genes expression. Our research represents the first elucidation of how the N protein targets and impairs NPC function through the promotion of RACK1-PKCα interaction and NUP62 phosphorylation/disassembly. This discovery unveils a novel mechanism employed by pan-coronaviruses to counteract the host immune response.

Abstract Cytoplasmic stress granules (SGs) are generally triggered by stress-induced translation arrest for storing mRNAs. Recently, it has been shown that SGs exert anti-viral functions due to their involvement in protein synthesis shut off and recruitment of innate immune signaling intermediates. The largest RNA virus, coronavirus, mutates frequently and circulates among animals, imposing great threat to public safety and animal health; however, the significance of SGs in coronavirus infections is largely unknown. Infectious bronchitis virus (IBV) is the first identified coronavirus in 1930s and has been prevalent in poultry farm for many years. In this study, we provide evidence that IBV overcomes the host antiviral response by inhibiting SGs formation via the virus-encoded endoribonuclease nsp15. By immunofluorescence analysis, we observed that IBV infection not only did not trigger SGs formation in approximately 80% of the infected cells, but also impaired the formation of SGs triggered by heat shock, sodium arsenite, or NaCl stimuli. We show that the intrinsic endoribonuclease activity of nsp15 is responsible for the inhibition of SGs formation. In fact, nsp15-defective recombinant IBV (rIBV-nsp15-H238A) greatly induced the formation of SGs, along with accumulation of dsRNA and activation of PKR, whereas wild type IBV failed to do so. Consequently, infection with rIBV-nsp15-H238A triggered transcription of IFN-β which in turn greatly affected recombinant virus replication. Further analysis showed that SGs function as antiviral hub, as demonstrated by the attenuated IRF3-IFN response and increased production of IBV in SG-defective cells. Additional evidence includes the aggregation of PRRs and signaling intermediates to the IBV-induced SGs. Collectively, our data demonstrate that the endoribonuclease nsp15 of IBV suppresses the formation of antiviral hub SGs by regulating the accumulation of viral dsRNA and by antagonizing the activation of PKR, eventually ensuring productive virus replication. We speculate that coronaviruses employ similar mechanisms to antagonize the host anti-viral SGs formation for efficient virus replication, as the endoribonuclease function of nsp15 is conserved in all coronaviruses. Author summary It has been reported that stress granules (SGs) are part of the host cell antiviral response. Not surprisingly, viruses in turn produce an array of antagonists to counteract such host response. Here, we show that IBV inhibits the formation of SGs through its endoribonuclease nsp15, by reducing the accumulation of viral dsRNA, evading the activation of PKR, and by subsequently inhibiting eIF2α phosphorylation and SGs formation. Nsp15 also inhibits SG formation independent of the eIF2α pathway, probably by targeting host mRNA. Depletion of SG scaffold proteins decreases IRF3-IFN response and increases the production of IBV. All coronaviruses encode a conserved endoribonuclease nsp15, and it will be important to determine whether also other (non-avian) coronaviruses limit the formation of anti-viral SGs in a similar manner.

Newcastle disease virus (NDV) causes severe infectious disease in poultry, and selectively kills tumor cells by inducing apoptosis. In this report, we revealed the mechanisms underlying NDV-induced apoptosis via investigation of endoplasmic reticulum (ER) stress-related unfolded protein response (UPR) in HeLa cells. We found that NDV infection induced the expression of pro-apoptotic transcription factor CHOP via PKR-eIF2α pathway. Knock down and exogenous expression studies showed that CHOP promoted cell apoptosis by down-regulation of anti-apoptotic protein BCL-2 and MCL-1, promotion of pro-apoptotic JNK and p38 signaling, and suppression of pro-survival AKT signaling. Meanwhile, CHOP facilitated NDV proliferation. Furthermore, virus infection activated IRE1α, another ER stress sensor, thereby promoting the mRNA splicing of XBP1 and resulting in the translation of transcription factor XBP1s. XBP1s entered into cell nucleus, promoted the expression of ER chaperones and components of ER associated degradation (ERAD). Exogenous expression of XBP1s helped IBV proliferation, and silence of XBP1s reduced virus proliferation. Meanwhile, exogenous expression and knock down studies demonstrated that IRE1α activated pro-apoptotic JNK signaling, promoted apoptosis and inflammation. In conclusion, our current study demonstrates that the induction of CHOP and activation of IRE1α-XBP1/JNK signaling cascades promote apoptosis and benefit NDV proliferation.

Abstract The endoribonuclease (EndoU) nsp15 of coronaviruses plays an important role in evasion of host innate immune responses by reducing the abundance of viral double-stranded RNA, whereas less is known about potential host cellular targets of nsp15. In this study, we show that cellular protein synthesis is inhibited upon over-expression of nsp15 from four genera of coronaviruses and this is accompanied by nuclear retention of the poly(A) binding protein cytoplasmic 1 (PABPC1). We also show that the EndoU activity of nsp15 is indispensable for both, inhibition of protein synthesis and PABPC1 nuclear relocation. FISH analysis using oligo-dT probes, revealed an overlap between the localization of cellular mRNA and that of overexpressed nsp15 in some cells, suggesting that, when expressed alone, nsp15 may target host mRNA. When investigating the association of nsp15 on protein shut off in the context of a viral infection, we observed that the γ -coronavirus infectious bronchitis virus (IBV), induced host translation shutoff in an p-eIF2α-independent manner and mainly retained PABPC1 in the cytoplasm, whereas the nsp15 EndoU-deficient IBV accumulated viral dsRNA and caused p-PKR-p-eIF2α-dependent host protein translation shutoff, accompanied with PABPC1 nuclear relocation or stress granule (SG) localization. This phenomenon suggests that during infection with wild type IBV, although the cellular translation is inhibited, initiation of viral mRNA translation leads to PABPC1 binding to viral mRNA, thereby preventing its nuclear entry; during infection with nsp15 EndoU-deficient IBV however, the eIF2α-dependent host protein translation shutoff prevents both host and viral mRNA translation initiation, releasing PABPC1 from binding to cytosolic and viral mRNA, thereby relocating it to the nucleus or to SG. Altogether, this study reveals unique yet conserved mechanisms of host protein shutoff that add to our understanding of how coronaviruses regulate host protein expression through a mechanism that involves catalytically active nsp15 EndoU, and describes how nsp15 may target both, viral and host mRNA. Author summary It has been reported that coronavirus infection suppresses host protein translation, α- and β- coronavirus nsp1 is responsible for inhibition of host gene expression. However, for γ- and δ -coronavirus, there is no nsp1 and the underlying mechanisms by which virus regulates host translation are not well characterized. Here, we show that coronavirus endoribonuclease nsp15 is responsible for the inhibition of host translation by targeting to host factors, meanwhile it helps virus bypass the PKR-eIF2α mediated host translation shutoff, which is harmful for virus gene expression, by reducing the accumulation of viral dsRNA. This novel finding gives insight how does nsp15 targets to both host factors and viral RNA, to facilitate virus replication. Moreover, the novel function of nsp15 is found to be conserved among coronaviruses, revealing the essential role of this endoribonuclease in hijacking host translation machinery for virus replication.

Due to its economic importance to in poultry industry, the biology and pathogenesis of infectious bronchitis virus (IBV) have been investigated extensively. However, the molecular mechanisms involved in IBV entry are not well characterized. In this study, systematic approaches were used to dissect IBV entry process in various susceptible cells. First, we observed that lipid rafts were involved in IBV attachment. Second, low pH in intracyplasmic vesicles was required for virus entry. By using the specific clathrin mediated endocytosis (CME) inhibitor or knock down of clathrin heavy chain (CHC), we demonstrated that IBV mainly utilized the CME for its entry. Furthermore, GTPase dynamin1 was involved in virus containing vesicle scission and internalization. Surprisingly, CME adaptor Eps15 had no effect on IBV internalization. Third, the penetration of IBV into cells led to active cytoskeleton rearrangement. After internalization, virus particles moved along with the classical endosome/lysosome track, as evidenced by co-localization of R18 labeled IBV with vehicle markers Rab5/Rab7/LAMP1 along with the infection time course. Functional inactivation of Rab5 and Rab7 significantly inhibited IBV infection. VCP, a protein helps early endosome maturation, was involved virus trafficking. Finally, by using the dual R18/DiOC labeled IBV, we observed that membrane fusion with late endosome/lysosome membranes was induced between 2-3 h.p.i.. Taken together, our findings demonstrate that IBV virions attach to lipid rafts and are internalized into cells via CME, move along with early/late endosomes-lysosomes, finally fuse with late endosome-lysosome membranes, release virus genome into cytoplasm. This study provides comprehensive images of IBV attachment-internalization-trafficking-fusion steps.