Interferon-inducible transmembrane proteins 1, 2, and 3 (IFITM1, 2, and 3) are recently identified viral restriction factors that inhibit infection mediated by the influenza A virus (IAV) hemagglutinin (HA) protein. Here we show that IFITM proteins restricted infection mediated by the entry glycoproteins (GP1,2) of Marburg and Ebola filoviruses (MARV, EBOV). Consistent with these observations, interferon-β specifically restricted filovirus and IAV entry processes. IFITM proteins also inhibited replication of infectious MARV and EBOV. We observed distinct patterns of IFITM-mediated restriction: compared with IAV, the entry processes of MARV and EBOV were less restricted by IFITM3, but more restricted by IFITM1. Moreover, murine Ifitm5 and 6 did not restrict IAV, but efficiently inhibited filovirus entry. We further demonstrate that replication of infectious SARS coronavirus (SARS-CoV) and entry mediated by the SARS-CoV spike (S) protein are restricted by IFITM proteins. The profile of IFITM-mediated restriction of SARS-CoV was more similar to that of filoviruses than to IAV. Trypsin treatment of receptor-associated SARS-CoV pseudovirions, which bypasses their dependence on lysosomal cathepsin L, also bypassed IFITM-mediated restriction. However, IFITM proteins did not reduce cellular cathepsin activity or limit access of virions to acidic intracellular compartments. Our data indicate that IFITM-mediated restriction is localized to a late stage in the endocytic pathway. They further show that IFITM proteins differentially restrict the entry of a broad range of enveloped viruses, and modulate cellular tropism independently of viral receptor expression.

ABSTRACT Activation of the RIG-I-like receptors, RIG-I and MDA5, establishes an antiviral state by upregulating interferon (IFN)-stimulated genes (ISGs). Among these is ISG15 whose mechanistic roles in innate immunity still remain enigmatic. Here we report that ISGylation is essential for antiviral IFN responses mediated by the viral RNA sensor MDA5. ISG15 conjugation to the caspase activation and recruitment domains of MDA5 promotes the formation of higher-order assemblies of MDA5 and thereby triggers activation of innate immunity against a range of viruses including coronaviruses, flaviviruses and picornaviruses. The ISG15-dependent activation of MDA5 is antagonized through direct de-ISGylation mediated by the papain-like protease (PLpro) of SARS-CoV-2, a recently emerged coronavirus that causes the COVID-19 pandemic. Our work demonstrates a crucial role for ISG15 in the MDA5-mediated antiviral response, and also identifies a novel immune evasion mechanism of SARS-CoV-2, which may be targeted for the development of new antivirals and vaccines to combat COVID-19.

ABSTRACT Neuropsychiatric and neurodevelopmental disorders have been particularly challenging to study using animal models, and recently, human-derived cerebral organoids demonstrate great promise for discovering molecular processes that are important in these disorders. However, several challenges remain in achieving robust phenotyping to discover cell type specific genes. We perform RNA sequencing on 71 samples comprising of 1,420 cerebral organoids from 25 donors, and describe a framework (Orgo-Seq) to identify cell type specific driver genes, for 16p11.2 deletions and 15q11-13 duplications. We identify neuroepithelial cells as critical cell types for 16p11.2 deletions, and discover novel and previously reported cell type specific driver genes. Finally, we validated our results that mutations in KCTD13 in the 16p11.2 locus lead to imbalances in the proportion of neuroepithelial cells, using CRISPR/Cas9-edited mosaic organoids. Our work presents a quantitative discovery and validation framework for identifying cell type specific driver genes associated with complex diseases using cerebral organoids.

Surfactant protein-B (SP-B) deficiency is a lethal neonatal respiratory disease with few therapeutic options. Gene therapy using adeno-associated viruses (AAV) to deliver human SFTPB cDNA (AAV-hSPB) can improve survival in a mouse model of SP-B deficiency. However, the effect of this gene therapy wanes. Gene therapy efficacy could be prolonged if AAV vectors were able to be redosed, but readministering vectors is hindered by an immune response which includes toll like receptor 9 (TLR9) recognition of unmethylated CpG DNA motifs in the AAV genome. One strategy to mitigate TLR9 recognition of AAV is to incorporate decoy nucleotide sequences within the AAV genome. This work examined if AAV containing these TLR9 inhibitory oligonucleotide sequences (AAV-hSPBTLR9i) could mitigate the immune response sufficiently to redose AAV in the lungs and prolong the survival of SP-B deficient mice. Indeed, AAV-hSPBTLR9i was able to be redosed multiple times which significantly improved survival in our mouse model. This was partially a result of long-term increased SFTPB RNA and SP-B protein expression. Conversely, redosing AAV-hSPB resulted in the rapid death of SP-B deficient mice after the second AAV dose. TLR9 inhibition enabled readministration by avoiding the broad stimulation of genes belonging to multiple pathways in the host immune and inflammatory responses, including components of the interferon pathways. Thus, redosing of AAV vectors in the lungs using TLR9 inhibitory sequences is a promising strategy for prolonging gene therapy efficacy, with a proof-of-concept for AAV readministration in a clinically relevant mouse model of SP-B deficiency.