SARS-CoV-2 Nsp3 and Nsp13 utilize host E3 ubiquitin ligase RCHY1 to suppress host antiviral responses and facilitate virus replication

Ru, Yi (2025): SARS-CoV-2 Nsp3 and Nsp13 utilize host E3 ubiquitin ligase RCHY1 to suppress host antiviral responses and facilitate virus replication. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has triggered a global health crisis, resulting in over 7 million deaths worldwide. Its rapid evolution and adaptation persist as a major threat to human health. Consequently, there is an urgent need to understand the molecular mechanisms governing the interactions between SARS-CoV-2 proteins and host cellular factors to develop effective therapeutic strategies. RING finger and CHY zinc finger domain-containing protein 1 (RCHY1) is an E3 ubiq-uitin ligase that modifies its substrates such as p53, p63 by ubiquitin residues, leading to their degradation in proteasomes. Our previous study revealed that the viral SARS-unique domain (SUD) and papain-like protease (PLpro) domain of non-structural pro-tein Nsp3 from SARS-CoV interact with and stabilize RCHY1, facilitating the degrada-tion of the antiviral protein p53. This interaction may offer a strategy for the coronavirus to counteract the host's antiviral defenses. However, how SARS-CoV-2 proteins regu-late RCHY1 and its substrates remains largely unknown. In this study, the interaction of SARS-CoV-2 Nsp3 with RCHY1 through its SUD and PLpro domains was identified. Nsp3 was found to increase the protein expression level of RCHY1. In addition, in vivo ribopuromycylation and ubiquitination assays demon-strated that the stimulation of RCHY1 by Nsp3 results from both increased RCHY1 protein translation and decreased RCHY1 degradation. RCHY1 is a direct target of the Nsp3 PLpro domain, as PLpro can deubiquitinate and deISGylate RCHY1 in a manner dependent on the catalytic activity of PLpro. In addition, Nsp3 reduced RCHY1 sub-strates such as p53 and p63 by upregulating RCHY1 expression. Overexpression of p53 and p63 has been shown to inhibit human coronavirus replication. Additionally, Nsp3 dramatically downregulates the ISGylation level of p53 and p63. We speculate that Nsp3-induced reduction and deISGylation of p53 and p63 may facilitate corona-virus replication. Moreover, RCHY1 interacts with and post-translationally modifies a highly conserved non-structural protein of SARS-CoV-2, Nsp13. In the presence of RCHY1, Nsp13 suppressed NF-κB signaling activity. Taken together, our results indicate that SARS-CoV-2 Nsp3 promotes the degradation of antiviral factors p53 and p63 by stabilizing RCHY1, while Nsp13 uses RCHY1 to inhibit the NF-κB signaling pathway, which may be strategies of SARS-CoV-2 to weaken the host immune system.

Abstract

Das Coronavirus 2 des Schweren Akuten Respiratorischen Syndroms (SARS-CoV-2) hat eine globale Gesundheitskrise ausgelöst, die weltweit über 7 Millionen Todesopfer gefordert hat. Seine rasche Entwicklung und Anpassung stellen nach wie vor eine große Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar. Daher ist es dringend erforderlich, die molekularen Mechanismen zu verstehen, die die Wechselwirkungen zwischen SARS-CoV-2-Proteinen und zellulären Wirtsfaktoren steuern, um wirksame therapeutische Strategien zu entwickeln. RING finger and CHY zinc finger domain-containing protein 1 (RCHY1) ist eine E3-Ubiquitin-Ligase, die ihre Substrate wie p53 und p63 durch Ubiquitinreste modifiziert, was zu deren Abbau in Proteasomen führt. Frühere Studien der Arbeitsgruppe zeigten, dass die virale SARS-Unique-Domäne (SUD) und die Papain-ähnliche Protease-Domäne (PLpro) des Nicht-Strukturproteins Nsp3 von SARS-CoV mit RCHY1 interagieren und es stabilisieren, wodurch der Abbau des antiviralen Proteins p53 erleichtert wird. Diese Interaktion könnte eine Strategie des Coronavirus darstellen, um der antiviralen Abwehr des Wirts entgegenzuwirken. Wie SARS-CoV-2-Proteine RCHY1 und seine Substrate regulieren, ist jedoch noch weitgehend unbekannt. In dieser Studie wurde die Interaktion von SARS-CoV-2 Nsp3 mit RCHY1 über seine SUD- und PLpro-Domänen identifiziert. Es wurde festgestellt, dass Nsp3 die Proteinexpressionsmenge von RCHY1 erhöht. Darüber hinaus zeigten in vivo Ribopuromycylierungs- und Ubiquitinierungstests, dass die Stimulation von RCHY1 durch Nsp3 sowohl aus einer erhöhten RCHY1-Protein-Translation als auch aus einem verringerten RCHY1-Abbau resultiert. RCHY1 ist ein direktes Ziel der PLpro-Domäne von Nsp3, da PLpro RCHY1 in einer von der katalytischen Aktivität von PLpro abhängigen Weise deubiquitinieren und deISGylieren kann. Darüber hinaus reduzierte Nsp3 RCHY1-Substrate wie p53 und p63, indem es die RCHY1-Expression hochregulierte. Eine Überexpression von p53 und p63 hemmt nachweislich die Replikation des humanen Coronavirus. Desweiteren senkt Nsp3 den ISGylierungsgrad von p53 und p63 drastisch. Wir vermuten, dass die Nsp3-induzierte Verringerung und De-ISGylierung von p53 und p63 die Replikation von Coronaviren erleichtern könnte. Darüber hinaus interagiert RCHY1 mit einem hochkonservierten Nicht-Strukturprotein von SARS-CoV-2, Nsp13, und modifiziert es posttranslational. In Gegenwart von RCHY1 unterdrückte Nsp13 die NF-κB-Signalaktivität. Zusammengenommen deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass SARS-CoV-2 Nsp3 den Abbau der antiviralen Faktoren p53 und p63 durch Stabilisierung von RCHY1 fördert, während Nsp13 RCHY1 zur Hemmung des NF-κB-Signalwegs nutzt. Dies könntenStrategien von SARS-CoV-2 zur Schwächung des Wirtsimmunsystems darstellen.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 18. Dezember 2025
• 1. Bericht­erstatter:in: Brunn, Albrecht von