The Coronaviridae are a family of viruses that cause disease in humans ranging from mild respiratory infection to potentially lethal acute respiratory distress syndrome. Finding host factors common to multiple coronaviruses could facilitate the development of therapies to combat current and future coronavirus pandemics. Here, we conducted genome-wide CRISPR screens in cells infected by SARS-CoV-2 as well as two seasonally circulating common cold coronaviruses, OC43 and 229E. This approach correctly identified the distinct viral entry factors ACE2 (for SARS-CoV-2), aminopeptidase N (for 229E), and glycosaminoglycans (for OC43). Additionally, we identified phosphatidylinositol phosphate biosynthesis and cholesterol homeostasis as critical host pathways supporting infection by all three coronaviruses. By contrast, the lysosomal protein TMEM106B appeared unique to SARS-CoV-2 infection. Pharmacological inhibition of phosphatidylinositol kinases and cholesterol homeostasis reduced replication of all three coronaviruses. These findings offer important insights for the understanding of the coronavirus life cycle and the development of host-directed therapies.

Abstract The Coronaviridae are a family of viruses that causes disease in humans ranging from mild respiratory infection to potentially lethal acute respiratory distress syndrome. Finding host factors that are common to multiple coronaviruses could facilitate the development of therapies to combat current and future coronavirus pandemics. Here, we conducted parallel genome-wide CRISPR screens in cells infected by SARS-CoV-2 as well as two seasonally circulating common cold coronaviruses, OC43 and 229E. This approach correctly identified the distinct viral entry factors ACE2 (for SARS-CoV-2), aminopeptidase N (for 229E) and glycosaminoglycans (for OC43). Additionally, we discovered phosphatidylinositol phosphate biosynthesis and cholesterol homeostasis as critical host pathways supporting infection by all three coronaviruses. By contrast, the lysosomal protein TMEM106B appeared unique to SARS-CoV-2 infection. Pharmacological inhibition of phosphatidylinositol phosphate biosynthesis and cholesterol homeostasis reduced replication of all three coronaviruses. These findings offer important insights for the understanding of the coronavirus life cycle as well as the potential development of host-directed therapies.

Abstract Spatial transcriptomics extends single cell RNA sequencing (scRNA-seq) by providing spatial context for cell type identification and analysis. Imaging-based spatial technologies such as Multiplexed Error-Robust Fluorescence In Situ Hybridization (MERFISH) can achieve single-cell resolution, directly mapping single cell identities to spatial positions. MERFISH produces an intrinsically different data type than scRNA-seq and a technical comparison between the two modalities is necessary to ascertain how to best integrate them. We performed MERFISH on mouse liver and kidney and compared the resulting bulk and single-cell RNA statistics with those from the Tabula Muris Senis cell atlas as well as from two Visium datasets. MERFISH quantitatively reproduced the bulk RNA-seq and scRNA-seq results with improvements in overall dropout rates and sensitivity. Finally, we found that MERFISH independently resolved distinct cell types and spatial structure in both liver and kidney. Computational integration with the Tabula Muris Senis atlas did not enhance these results. We conclude that compared to scRNA-seq, MERFISH provides a quantitatively comparable method for measuring single-cell gene expression and can robustly identify cell types without the need for computational integration with scRNA-seq reference atlases.

Abstract Hepatitis A virus (HAV) is a positive-sense RNA virus causing acute inflammation of the liver. Here, using a genome-scale CRISPR screen in a human hepatocyte cell line, we provide a comprehensive picture of the cellular factors, which are exploited by HAV during replication. We identified genes involved in sialic acid biosynthesis and members of the eukaryotic translation initiation factor complex, corroborating their putative roles in HAV infection. Additionally, we uncovered all components of the cellular machinery for UFMylation, a ubiquitin-like protein modification. We showed that HAV translation specifically depends on UFM1 conjugation of the ribosomal protein RPL26. Furthermore, we found that components related to the yeast Trf4/5– Air1/2–Mtr4 polyadenylation (TRAMP) complex, are required for viral translation, independent of controlling HAV poly(A) tails. While the identified HAV host factors were largely distinct compared to other picornaviruses, we highlighted a surprising co-dependency of HAV and hepatitis B virus (HBV) on the TRAMP-like complex. Finally, we demonstrated that pharmacological inhibition of the TRAMP-like complex decreased HAV replication in hepatocyte cells and human liver organoids, thus providing a strategy for host-directed therapy of HAV infection.

Abstract Reverse transcriptases (RTs) are typically assayed in vitro using optimized Mg 2+ concentrations (∼5-10 mM) several-fold higher than physiological cellular free Mg 2+ (∼0.5 mM). Analysis of fidelity using lacZα -based α-complementation assays showed that tested HIV RTs, including HIV-1 from subtype B (HXB2-derived), HIV-2, subtype A/E, and several drug-resistant HXB2 derivatives all showed significantly higher fidelity using physiological Mg 2+ . This also occurred with prototype foamy virus (PFV) RT. In contrast, Moloney murine leukemia virus (MuLV) and avian myeloblastosis virus (AMV) RTs demonstrated equivalent fidelity in both low and high Mg 2+ . In 0.5 mM Mg 2+ , all RTs demonstrated ≈ equal fidelity, except for PFV RT which showed higher fidelity. A Next Generation Sequencing (NGS) approach that used barcoding to accurately determine mutation rates and profiles was used to examine the types of mutations made by HIV-1 (subtype B, wild type) in low (0.5 mM) and high (6 mM) Mg 2+ with DNA or RNA that coded for lacZα . Unlike the α-complementation assay, which is dependent on LacZ α activity, the NGS assay scores mutations at all positions and of every type. Consistent with α-complementation assays, a ∼4-fold increase in mutations was observed in high Mg 2+ . These findings help explain why HIV RT displays lower fidelity in vitro (with high Mg 2+ concentrations) than other RTs (e.g., MuLV and AMV), yet cellular fidelity for these viruses is comparable. Establishing in vitro conditions that accurately represent RT’s activity in cells is pivotal to determining the contribution of RT and other factors to the mutation profile observed with HIV.