Abstract SARS-CoV-2 is a highly transmissible virus that causes COVID-19 disease. Mechanisms of viral pathogenesis include excessive inflammation and viral-induced cell death, resulting in tissue damage. We identified the host E3-ubiquitin ligase TRIM7 as an inhibitor of apoptosis and SARS-CoV-2 replication via ubiquitination of the viral membrane (M) protein. Trim7 -/- mice exhibited increased pathology and virus titers associated with epithelial apoptosis and dysregulated immune responses. Mechanistically, TRIM7 ubiquitinates M on K14, which protects cells from cell death. Longitudinal SARS-CoV-2 sequence analysis from infected patients revealed that mutations on M-K14 appeared in circulating variants during the pandemic. The relevance of these mutations was tested in a mouse model. A recombinant M- K14/K15R virus showed reduced viral replication, consistent with the role of K15 in virus assembly, and increased levels of apoptosis associated with the loss of ubiquitination on K14. TRIM7 antiviral activity requires caspase-6 inhibition, linking apoptosis with viral replication and pathology.

L-arginine metabolism is strongly linked with immunity to mycobacteria, primarily through the antimicrobial activity of nitric oxide (NO). The potential to modulate tuberculosis (TB) outcomes through interventions that target L-arginine pathways are limited by an incomplete understanding of mechanisms and inadequate in vivo modeling. These gaps in knowledge are compounded for HIV and Mtb co-infections, where activation of arginase-1 due to HIV infection may promote survival and replication of both Mtb and HIV. We utilized in vitro and in vivo systems to determine how arginase inhibition using Nω-hydroxy-nor-L-arginine (nor-NOHA) alters L-arginine pathway metabolism relative to immune responses and disease outcomes following Mtb infection. Treatment with nor-NOHA polarized murine macrophages (RAW 264.7) towards M1 phenotype, increased NO, and reduced Mtb in RAW macrophages. In Balb/c mice, nor-NOHA reduced pulmonary arginase and increased the antimicrobial metabolite spermine in association with a trend towards reduced Mtb CFU in lung. In humanized immune system (HIS) mice, HIV infection increased plasma arginase and heightened the pulmonary arginase response to Mtb. Treatment with nor-NOHA increased cytokine responses to Mtb and Mtb/HIV in lung tissue but did not significantly alter bacterial burden or viral load. Our results suggest that L-arginine pathway modulators may have potential as host-directed therapies to augment antibiotics in TB chemotherapy.

SARS-CoV-2 is a highly transmissible virus that causes COVID-19 disease. Mechanisms of viral pathogenesis include excessive inflammation and viral-induced cell death, resulting in tissue damage. Here we show that the host E3-ubiquitin ligase TRIM7 acts as an inhibitor of apoptosis and SARS-CoV-2 replication via ubiquitination of the viral membrane (M) protein. Trim7-/- mice exhibit increased pathology and virus titers associated with epithelial apoptosis and dysregulated immune responses. Mechanistically, TRIM7 ubiquitinates M on K14, which protects cells from cell death. Longitudinal SARS-CoV-2 sequence analysis from infected patients reveal that mutations on M-K14 appeared in circulating variants during the pandemic. The relevance of these mutations was tested in a mouse model. A recombinant M-K14/K15R virus shows reduced viral replication, consistent with the role of K15 in virus assembly, and increased levels of apoptosis associated with the loss of ubiquitination on K14. TRIM7 antiviral activity requires caspase-6 inhibition, linking apoptosis with viral replication and pathology. TRIM7 acts as an antiviral factor during SARS-CoV-2 infection, by ubiquitinating the M protein on K14 and inhibiting caspase-6-dependent apoptosis. The natural K14 mutations in circulating strains support the physiological role of M ubiquitination.