Abstract There is intense interest in antibody immunity to coronaviruses. However, it is unknown if coronaviruses evolve to escape such immunity, and if so, how rapidly. Here we address this question by characterizing the historical evolution of human coronavirus 229E. We identify human sera from the 1980s and 1990s that have neutralizing titers against contemporaneous 229E that are comparable to the anti-SARS-CoV-2 titers induced by SARS-CoV-2 infection or vaccination. We test these sera against 229E strains isolated after sera collection, and find that neutralizing titers are lower against these “future” viruses. In some cases, sera that neutralize contemporaneous 229E viral strains with titers >1:100 do not detectably neutralize strains isolated 8–17 years later. The decreased neutralization of “future” viruses is due to antigenic evolution of the viral spike, especially in the receptor-binding domain. If these results extrapolate to other coronaviruses, then it may be advisable to periodically update SARS-CoV-2 vaccines.

Abstract Viral invasion of the host cell causes some of the most dramatic changes in biology. Human cytomegalovirus (HCMV) extensively remodels host cells, altering nuclear shape and generating a cytoplasmic viral-induced assembly compartment (vIAC). How these striking morphology changes take place in the context of host gene regulation is still emerging. Here, we discovered that histone variant macroH2A1 is essential for producing infectious progeny. Because virion maturation and cellular remodeling are closely linked processes, we investigated structural changes in the host cell upon HCMV infection. We discovered that macroH2A1 is necessary for HCMV-induced reorganization of the host nucleus, cytoskeleton, and endoplasmic reticulum. Furthermore, using RNA-seq we found that while all viral genes were highly expressed in the absence of macroH2A1, many HCMV-induced host genes were not. Remarkably, hundreds of these HCMV-induced macroH2A1-dependent host genes are associated with neuronal synapse formation and vesicle trafficking. Knock-down of these HCMV-induced neuronal genes during infection resulted in malformed vIACs and smaller plaques, establishing their importance to HCMV infection. Together, our findings demonstrate that HCMV manipulates host gene expression by hijacking a dormant neuronal secretory pathway for efficient virion maturation.

Abstract Herpes simplex virus (HSV-1) progeny form in the nucleus and must exit to successfully infect other cells. These newly formed viral capsids navigate the complex chromatin architecture of the nucleus to reach the inner nuclear membrane and egress. Here, we demonstrate by transmission electron microscopy (TEM) that HSV-1 capsids traverse dense heterochromatin in the nuclear periphery to reach the inner nuclear membrane. We found that this heterochromatin is dependent on the specific chromatin marks of trimethylation on histone H3 lysine 27 (H3K27me3) and the histone variant macroH2A1. Through chromatin profiling over the course of infection, we revealed massive host genomic regions bound by macroH2A1 and H3K27me3 that correlate with decreased host transcription in active compartments. This indicates the formation of new heterochromatin during infection. We found that loss of these markers resulted in significantly lower viral titers but did not impact viral genome or protein accumulation. Strikingly, we discovered by TEM that loss of macroH2A1 or H3K27me3 resulted in nuclear trapping of viral capsids. Thus, our work demonstrates that HSV-1 takes advantage of the dynamic nature of host heterochromatin formation during infection for efficient viral egress.

Due to the importance of post-translational modification (PTM) in cellular function, viruses have evolved to both take advantage of and be susceptible to such modification. Adenovirus encodes a multifunctional protein called protein VII, which is packaged with the viral genome in the core of virions and disrupts host chromatin during infection. Protein VII has several PTMs whose addition contributes to the subnuclear localization of protein VII. Here, we used mutant viruses that abrogate or mimic these PTMs on protein VII to interrogate their impact on protein VII function during adenovirus infection. We discovered that acetylation of the lysine in positions 2 or 3 (K2 or K3) is deleterious during early infection as mutation to alanine led to greater intake of protein VII to the nucleus and enhanced early gene expression. Furthermore, we determined that protein VII is acetylated at alternative residues late during infection which may compensate for the mutated sites. Lastly, due to the role of the early viral protein E1A in viral gene activation, we investigated the interaction between protein VII and E1A and demonstrated that protein VII interacts with E1A through a chromatin-mediated interaction. Together, these results emphasize that the complexity of virus-host interactions is intimately tied to post-translational modification.

Abstract Both subunit and attenuated whole sporozoite vaccination strategies against Plasmodium infection have shown promising initial results in malaria-naïve westerners but exhibited less efficacy in malaria-exposed individuals in endemic areas. It has been hypothesized that preexisting immunity to malaria represents a significant roadblock to the development of a protective vaccine. Here, we demonstrate proof-of-concept that non-neutralizing antibodies (nNAb) can directly interfere with protective anti-PyCSP humoral responses. We developed and characterized a novel monoclonal antibody, RAM1, against the P. yoelii sporozoite major surface antigen, circumsporozoite protein (CSP). Unlike the canonical Py CSP repeat domain binding and neutralizing antibody (NAb) 2F6, RAM1 does not inhibit sporozoite traversal or entry of hepatocytes in vitro . Though 2F6 and RAM1 bind non-overlapping regions of the CSP-repeat domain, pretreatment with RAM1 abrogated 2F6’s capacity to block sporozoite traversal and invasion in vitro . Importantly, RAM1 reduced the efficacy of the polyclonal humoral response against CSP in vivo, paralleling the observed reduced efficacy of RTS,S in malaria-exposed populations. Taken together, our data demonstrate the interference of non-neutralizing antibodies with the efficacy of NAbs and may impact the efficacy of anti-CSP vaccines in malaria-exposed individuals.

ABSTRACT Viruses hijack host proteins to promote infection and dampen host defenses. Adenovirus encodes the multifunctional protein VII that serves both to compact viral genomes inside the virion and disrupt host chromatin. Protein VII binds the abundant nuclear protein high mobility group box 1 (HMGB1) and sequesters HMGB1 in chromatin. HMGB1 is an abundant host nuclear protein that can also be released from infected cells as an alarmin to amplify inflammatory responses. By sequestering HMGB1, protein VII prevents its release, thus inhibiting downstream inflammatory signaling. However, the consequences of this chromatin sequestration on host transcription are unknown. Here, we employ bacterial two-hybrid interaction assays and human cell biological systems to interrogate the mechanism of the protein VII-HMGB1 interaction. HMGB1 contains two DNA binding domains, the A- and B-boxes, that bend DNA to promote transcription factor binding while the C-terminal tail regulates this interaction. We demonstrate that protein VII interacts directly with the A-box of HMGB1, an interaction that is inhibited by the HMGB1 C-terminal tail. By cellular fractionation, we show that protein VII renders A-box containing constructs insoluble, thereby acting to prevent their release from cells. This sequestration is not dependent on HMGB1’s ability to bind DNA but does require post-translational modifications on protein VII. Importantly, we demonstrate that protein VII inhibits expression of interferon β, in an HMGB1- dependent manner, but does not affect transcription of downstream interferon- stimulated genes. Together, our results demonstrate that protein VII specifically harnesses HMGB1 through its A-box domain to depress the innate immune response and promote infection.

Abstract Background Allogeneic hematopoietic stem cell transplants (allo-HSCTs) dramatically reduce HIV reservoirs in antiretroviral therapy (ART) suppressed individuals. However, the mechanism(s) responsible for these post-transplant viral reservoir declines are not fully understood but may include pre-transplant conditioning regimens, ART-mediated protection of donor cells, and graft-versus-host (GvH) responses. Therefore, we modeled allo-HSCT in ART-suppressed simian-human immunodeficiency virus (SHIV)-infected Mauritian cynomolgus macaques (MCMs) to illuminate factors contributing to transplant-induced viral reservoir decay. Results We infected four MCMs with CCR5-tropic SHIV162P3 and started ART 6-16 weeks post-infection (p.i.) to establish robust viral reservoirs. We maintained the MCMs on continuous ART during myeloablative conditioning with total body irradiation (TBI) and while transplanting allogeneic MHC-matched α/β T cell-depleted bone marrow cells. Post-transplant, we prophylactically treated the MCMs with cyclophosphamide and tacrolimus to prevent GvH disease (GvHD). The transplants produced ~85% whole blood donor chimerism without causing high-grade GvHD. Consequently, three MCMs had undetectable SHIV DNA in their peripheral blood mononuclear cells post-transplant. However, SHIV-harboring cells persisted in various tissues. We detected viral DNA in lymph node biopsies and terminal analyses of tissues between 38 and 62 days post-transplant. Further, we removed ART from one MCM at 63 days post-transplant, resulting in viral rebound within seven days and viral loads nearing 1×10 8 SHIV RNA copies/ml of plasma after treatment interruption. Conclusions Our results indicate that myeloablative conditioning and maintaining ART through the peri-transplant period alone are insufficient for eradicating latent viral reservoirs early after allo-HSCTs. Furthermore, our findings suggest that extended ART and GvH responses may be necessary to substantially deplete viral reservoirs after allo-HSCTs.