ABSTRACT To infect cells, severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) binds to angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) via its spike glycoprotein (S), delivering its genome upon S-mediated membrane fusion. SARS-CoV-2 uses two distinct entry pathways: 1) a surface, serine protease-dependent or 2) an endosomal, cysteine protease-dependent pathway. In investigating serine protease-independent cell-cell fusion, we found that the matrix metalloproteinases (MMPs), MMP2/9, can activate SARS-CoV-2 S fusion activity, but not that of SARS-CoV-1. Importantly, metalloproteinase activation of SARS-CoV-2 S represents a third entry pathway in cells expressing high MMP levels. This route of entry required cleavage at the S1/S2 junction in viral producer cells and differential processing of variants of concern S dictated its usage. In addition, metalloproteinase inhibitors reduced replicative Alpha infection and abrogated syncytia formation. Finally, we found that the Omicron S exhibit reduced metalloproteinase-dependent fusion and viral entry. Taken together, we identified a MMP2/9-dependent mode of activation of SARS-CoV-2 S. As MMP2/9 are released during inflammation and severe COVID-19, they may play important roles in SARS-CoV-2 S-mediated cytopathic effects, tropism, and disease outcome.

Necrosome activation following TLR- or cytokine receptor-signaling results in cell death by necroptosis which is characterized by the rupture of cell membranes and the consequent release of intracellular contents to the extracellular milieu. While necroptosis exacerbates various inflammatory diseases, the mechanisms through which the inflammatory responses are regulated are not clear. We show that the necrosome activation of macrophages results in an upregulation of various pathways, including the mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascade, which results in an elevation of the inflammatory response and consequent expression of several cytokines and chemokines. Programming for this upregulation of inflammatory response occurs during the early phase of necrosome activation and proceeds independently of cell death but depends on the activation of the receptor-interacting protein kinase-1 (RipK1). Interestingly, necrosome activation also results in an upregulation of IFNβ, which in turn exerts an inhibitory effect on the maintenance of inflammatory response through the repression of MAPK-signaling and an upregulation of Zfp36. Activation of the interferon-induced gene factor-3 (ISGF3) results in the expression of ZFP36 (TTP), which induces the post-transcriptional degradation of mRNAs of various inflammatory cytokines and chemokines through the recognition of AU-rich elements in their 3'UTR. Furthermore, ZFP-36 inhibits IFNβ-, but not TNFα- induced necroptosis. Overall, these results reveal the molecular mechanism through which IFNβ, a pro-inflammatory cytokine, induces the expression of ZFP-36, which in turn inhibits necroptosis and halts the maintenance of the inflammatory response.

Abstract Wildlife reservoirs of SARS-CoV-2 may enable viral adaptation and spillback from animals to humans. In North America, there is evidence of unsustained spillover of SARS-CoV-2 from humans to white-tailed deer ( Odocoileus virginianus ), but no evidence of transmission from deer to humans. Through a biosurveillance program in Ontario, Canada we identified a new and highly divergent lineage of SARS-CoV-2 in white-tailed deer. This lineage is the most divergent SARS-CoV-2 lineage identified to date, with 76 consensus mutations (including 37 previously associated with non-human animal hosts) and signatures of considerable evolution and transmission within wildlife. Phylogenetic analysis also revealed an epidemiologically linked human case. Together, our findings represent the first clear evidence of sustained evolution of SARS-CoV-2 in white-tailed deer and of deer-to-human transmission.