ABSTRACT In the United States (US), biosafety and biosecurity oversight of research on viruses is being reappraised. Safety in virology research is paramount and oversight frameworks should be reviewed periodically. Changes should be made with care, however, to avoid impeding science that is essential for rapidly reducing and responding to pandemic threats as well as addressing more common challenges caused by infectious diseases. Decades of research uniquely positioned the US to be able to respond to the COVID-19 crisis with astounding speed, delivering life-saving vaccines within a year of identifying the virus. We should embolden and empower this strength, which is a vital part of protecting the health, economy, and security of US citizens. Herein, we offer our perspectives on priorities for revised rules governing virology research in the US.

ABSTRACT Human cytomegalovirus (HCMV) is beta herpesvirus that persists indefinitely in the human host through a protracted, latent infection. The polycistronic UL133-UL138 gene locus of HCMV encodes genes regulating latency and reactivation. While UL138 is pro-latency, restricting virus replication in CD34+ hematopoietic progenitor cells (HPCs), UL135 overcomes this restriction for reactivation. By contrast, UL136 is expressed with later kinetics and encodes multiple protein isoforms with differential roles in latency and reactivation. Like UL135, the largest UL136 isoform, UL136p33, is required for reactivation from latency in hematopoietic cells. Furthermore, UL136p33 is unstable, and its instability is important for the establishment of latency and sufficient accumulation of UL136p33 is a checkpoint for reactivation. We hypothesized that stabilizing UL136p33 might overcome the requirement of UL135 for reactivation. To test this, we generated recombinant viruses lacking UL135 that expressed a stabilized variant of UL136p33. Stabilizing UL136p33 did not impact replication of the UL135-mutant virus in fibroblasts. However, in the context of infection in hematopoietic cells, stabilization of UL136p33 strikingly compensated for the loss of UL135, resulting in increased replication in CD34+ HPCs and in humanized NOD- scid IL2Rγ c null (NSG) mice. This finding suggests that while UL135 is essential for reactivation, it functions at steps preceding the accumulation of UL136p33 and that stabilized expression of UL136p33 largely overcomes the requirement for UL135 in reactivation. Taken together, our genetic evidence indicates an epistatic relationship between UL136p33 and UL135 whereby UL135 may initiate events early in reactivation that will result in the accumulation of UL136p33 to a threshold required for productive reactivation. SIGNIFICANCE Human cytomegalovirus (HCMV) is one of nine human herpesviruses and a significant human pathogen. While HCMV establishes a life-long latent infection that is typically asymptomatic in healthy individuals, its reactivation from latency can have devastating consequences in the immune compromised. Defining virus-host and virus-virus interactions important for HCMV latency, reactivation and replication is critical to defining the molecular basis of latent and replicative states and in controlling infection and CMV disease. Here we define a genetic relationship between two viral genes in controlling virus reactivation from latency using primary human hematopoietic progenitor cell and humanized mouse models.

Reactivation from latency requires reinitiation of viral gene expression and culminates in the production of infectious progeny. The major immediate early promoter (MIEP) of human cytomegalovirus (HCMV) drives the expression of crucial lytic cycle transactivators but is silenced during latency in hematopoietic progenitor cells (HPCs). Because the MIEP is poorly active in HPCs, it is unclear how viral transactivators are expressed during reactivation. We demonstrate that transcripts originating from alternative promoters within the canonical major immediate early locus are abundantly expressed upon reactivation, whereas MIEP-derived transcripts remain undetectable. Further, we show that these promoters are necessary for efficient reactivation in primary CD34+ HPCs. Our findings change the paradigm for HCMV reactivation by demonstrating that promoter switching governs reactivation from viral latency in a context-specific manner.

Summary Liver X receptor (LXR) signaling broadly restricts virus replication; however, the mechanisms of restriction are poorly defined. Here, we demonstrate that the LXR-inducible cellular E3 ligase IDOL (inducible degrader of low-density lipoprotein receptor, LDLR) targets the human cytomegalovirus (HMCV) UL136p33 protein for turnover. UL136 encodes multiple proteins that differentially impact latency and reactivation. UL136p33 is a determinant of reactivation. UL136p33 is targeted for rapid turnover by the proteasome and its stabilization by mutation of lysine residues to arginine results in a failure to quiet replication for latency. We show that IDOL targets UL136p33 for turnover, but not the stabilized variant. IDOL is highly expressed in undifferentiated hematopoietic cells where HCMV establishes latency, but is sharply downregulated upon differentiation, a stimulus for reactivation. We hypothesize that IDOL maintains low levels of UL136p33 for the establishment of latency. Consistent with this, knockdown of IDOL impacts viral gene expression in WT HCMV infection, but not in infection where UL136p33 has been stabilized. Further, induction of LXR signaling restricts WT HCMV reactivation from latency, but does not affect replication of a recombinant virus expressing a stabilized variant of UL136p33. This work establishes the UL136p33-IDOL interaction as a key regulator of the bistable switch between latency and reactivation. It further suggests a model whereby a key viral determinant of HCMV reactivation is regulated by a host E3 ligase and acts as a sensor at the tipping point between the decision to maintain the latent state or exit latency for reactivation. Importance Herpesviruses establish life-long latent infections, which pose an important risk for disease particularly in the immunocompromised. Our work is focused on the beta-herpesvirus, human cytomegalovirus (HCMV) that latently infects the majority of the population worldwide. Defining the mechanisms by which HCMV establishes latency or reactivates from latency is important to controlling viral disease. Here, we demonstrate that the cellular inducible degrader of low-density lipoprotein receptor, IDOL, targets a HCMV determinant of reactivation for degradation. The instability of this determinant is important for the establishment of latency. This work defines a pivotal virus-host interaction that allows HCMV to sense changes in host biology to navigate decisions to establish latency or replicate.

A key step during viral reactivation from latency is the re-expression of viral genes. Hematopoietic progenitor cells (HPCs) support human cytomegalovirus (HCMV) latency, and their differentiation triggers cellular cues that drive reactivation. A key step during HCMV reactivation in latently infected HPCs is re-expression of viral genes. We recently determined that the major immediate early promoter (MIEP), which is primarily responsible for MIE gene expression during lytic replication, remains silent during reactivation. Instead, alternative promoters in the MIE locus are induced by reactivation stimuli. Here, we find that forkhead family (FOXO) transcription factors are critical for activation of alternative MIE promoters during HCMV reactivation, as mutating FOXO binding sites in alternative MIE promoters decreased HCMV IE gene expression upon reactivation and significantly decreased the production of infectious virus from latently infected primary CD34+ HPCs. These findings establish a mechanistic link by which infected cells sense environmental cues to regulate latency and reactivation, and emphasize the role of contextual activation of alternative MIE promoters as the primary drivers of reactivation.

Abstract HCMV genes UL135 and UL138 play opposing roles regulating latency and reactivation in CD34 + human progenitor cells (HPCs). Using the THP-1 cell line model for latency and reactivation, we designed an RNA sequencing study to compare the transcriptional profile of HCMV infection in the presence and absence of these genes. The loss of UL138 results in elevated levels of viral gene expression and increased differentiation of cell populations that support HCMV gene expression and genome synthesis. The loss of UL135 results in diminished viral gene expression during an initial burst that occurs as latency is established and no expression of eleven viral genes from the UL b ’ region even following stimulation for differentiation and reactivation. Transcriptional network analysis revealed host transcription factors with potential to regulate the UL b ’ genes in coordination with pUL135. These results reveal roles for UL135 and UL138 in regulation of viral gene expression and potentially hematopoietic differentiation.

Innate immune responses are crucial for limiting virus infection. However, viruses often hijack our best defenses for viral objectives. Human Cytomegalovirus (HCMV) is a beta herpesvirus which establishes a life-long latent infection. Defining the virus-host interactions controlling latency and reactivation is vital to the control of viral disease risk posed by virus reactivation. We defined an interaction between UL138, a pro-latency HCMV gene, and the host deubiquintase complex, UAF1-USP1. UAF1 is a scaffold protein pivotal for the activity of ubiquitin specific peptidases (USP), including USP1. UAF1-USP1 sustains an innate immune response through the phosphorylation and activation of signal transducer and activator of transcription-1 (pSTAT1), as well as regulates the DNA damage response. After the onset of viral DNA synthesis, pSTAT1 levels are elevated and this depends upon UL138 and USP1. pSTAT1 localizes to viral centers of replication, binds to the viral genome, and influences UL138 expression. Inhibition of USP1 results in a failure to establish latency, marked by increased viral genome replication and production of viral progeny. Inhibition of Jak-STAT signaling also results in increased viral genome synthesis in hematopoietic cells, consistent with a role for USP1-mediated regulation of STAT1 signaling in the establishment of latency. These findings demonstrate the importance of the UL138-UAF1-USP1 virus-host interaction in regulating HCMV latency establishment through the control of innate immune signaling. It will be important going forward to distinguish roles of UAF1-USP1 in regulating pSTAT1 relative to its role in the DNA damage response in HCMV infection.Human cytomegalovirus (HCMV) is one of nine herpesviruses that infect humans. Following a primary infection, HCMV establishes a life-long latent infection that is marked by sporadic, and likely frequent reactivation events. While these reactivation events are asymptomatic in the immune competent host, they pose important disease risks for the immune compromised, including solid organ or stem cell transplant recipients. Its complex interactions with host biology and deep coding capacity make it an excellent model for defining mechanisms important for viral latency and reactivation. Here we define an interaction with host proteins that commandeer typically antiviral innate immune signaling for the establishment of latency.