The systemic nature of SARS-CoV-2 infection is highly recognized, but poorly characterized. A non-invasive and unbiased method is needed to clarify whole body spatiotemporal dynamics of SARS-CoV-2 infection after transmission. We recently developed a probe based on the anti-SARS-CoV-2 spike antibody CR3022 to study SARS-CoV-2 pathogenesis in vivo. Herein, we describe its use in immunoPET to investigate SARS-CoV-2 infection of three rhesus macaques. Using PET/CT imaging of macaques at different times post-SARS-CoV-2 inoculation, we track the 64Cu-labelled CR3022-F(ab')2 probe targeting the spike protein of SARS-CoV-2 to study the dynamics of infection within the respiratory tract and uncover novel sites of infection. Using this method, we uncovered differences in lung pathology between infection with the WA1 isolate and the delta variant, which were readily corroborated through computed tomography scans. The 64Cu-CR3022-probe also demonstrated dynamic changes occurring between 1- and 2-weeks post-infection. Remarkably, a robust signal was seen in the male genital tract (MGT) of all three animals studied. Infection of the MGT was validated by immunofluorescence imaging of infected cells in the testicular and penile tissue and severe pathology was observed in the testes of one animal at 2-weeks post-infection. The results presented here underscore the utility of using immunoPET to study the dynamics of SARS-CoV-2 infection to understand its pathogenicity and discover new anatomical sites of viral replication. We provide direct evidence for SARS-CoV-2 infection of the MGT in rhesus macaques revealing the possible pathologic outcomes of viral replication at these sites.

Abstract Genetically modifying T cells can enable applications ranging from cancer immunotherapy to HIV treatment, yet delivery of T cell-targeted therapeutics remains challenging. Extracellular vesicles (EVs) are nanoscale particles secreted by all cells that naturally encapsulate and transfer proteins and nucleic acids, making them an attractive and clinically-relevant platform for engineering biocompatible delivery vehicles. We report a suite of technologies for genetically engineering cells to produce multifunctional EV vehicles—without employing chemical modifications that complicate biomanufacturing. We display high affinity targeting domains on the EV surface to achieve specific, efficient binding to T cells, identify a protein tag to confer active cargo loading into EVs, and display fusogenic glycoproteins to increase EV uptake and fusion with recipient cells. We demonstrate integration of these technologies by delivering Cas9-sgRNA complexes to edit primary human T cells. These approaches could enable targeting vesicles to a range of cells for the efficient delivery of cargo.

ABSTRACT The persistence of HIV-1 in long-lived latent reservoirs during suppressive antiretroviral therapy (ART) remains one of the principal barriers to a functional cure. Blocks to transcriptional elongation play a central role in maintaining the latent state, and several latency reversal strategies focus on the release of positive transcription elongation factor b (P-TEFb) from sequestration by negative regulatory complexes, such as the 7SK complex and BRD4. Another major cellular reservoir of P-TEFb is in Super Elongation Complexes (SECs), which play broad regulatory roles in host gene expression. Still, it is unknown if the release of P-TEFb from SECs is a viable latency reversal strategy. Here, we demonstrate that the SEC is not required for HIV-1 replication in primary CD4+ T cells and that a small molecular inhibitor of the P-TEFb/SEC interaction (termed KL-2) increases viral transcription. KL-2 acts synergistically with other latency reversing agents (LRAs) to reactivate viral transcription in several cell line models of latency in a manner that is, at least in part, dependent on the viral Tat protein. Finally, we demonstrate that KL-2 enhances viral reactivation in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from people living with HIV on suppressive ART, most notably in combination with inhibitor of apoptosis protein antagonists (IAPi). Taken together, these results suggest that the release of P-TEFb from cellular SECs may be a novel route for HIV-1 latency reactivation. AUTHOR SUMMARY Since the start of the HIV pandemic, it is estimated that nearly 86 million people have been infected with the virus, and about 40 million people have died. Modern antiretroviral therapies potently restrict viral replication and prevent the onset of AIDS, saving millions of lives. However, these therapies are not curative due to the persistence of the virus in a silenced or ‘latent’ state in long-lived cells of the body. One proposed strategy to clear this latent reservoir, termed “shock and kill”, is to activate these silenced viruses such that the infected cells can be cleared from the body by the immune system. While several drugs have been developed that can activate latent viruses, none have proven effective at reducing the size of the latent reservoir in patients in clinical trials. Here, we describe a new method for latency reactivation using a small molecule inhibitor of a human protein complex called the Super Elongation Complex (SEC). Inhibiting the SEC enhances viral transcription during active infection and triggers the reactivation of latent viruses, especially when in combination with other latency reversing agents. These results pave the way for developing more effective strategies to reactivate latent viruses towards a functional cure.

Neurotropic alphaherpesviruses, including herpes simplex virus type 1 and pseudorabies virus, establish a lifelong presence within the peripheral nervous system of their mammalian hosts. Upon entering cells, two conserved tegument proteins, pUL36 and pUL37, traffic DNA-containing capsids to nuclei. These proteins support long-distance retrograde axonal transport and invasion of the nervous system

Defining the subset of cellular factors governing SARS-CoV-2 replication can provide critical insights into viral pathogenesis and identify targets for host-directed antiviral therapies. While a number of genetic screens have previously reported SARS-CoV-2 host dependency factors, these approaches relied on utilizing pooled genome-scale CRISPR libraries, which are biased towards the discovery of host proteins impacting early stages of viral replication. To identify host factors involved throughout the SARS-CoV-2 infectious cycle, we conducted an arrayed genome-scale siRNA screen. Resulting data were integrated with published datasets to reveal pathways supported by orthogonal datasets, including transcriptional regulation, epigenetic modifications, and MAPK signalling. The identified proviral host factors were mapped into the SARS-CoV-2 infectious cycle, including 27 proteins that were determined to impact assembly and release. Additionally, a subset of proteins were tested across other coronaviruses revealing 17 potential pan-coronavirus targets. Further studies illuminated a role for the heparan sulfate proteoglycan perlecan in SARS-CoV-2 viral entry, and found that inhibition of the non-canonical NF-kB pathway through targeting of BIRC2 restricts SARS-CoV-2 replication both in vitro and in vivo. These studies provide critical insight into the landscape of virus-host interactions driving SARS-CoV-2 replication as well as valuable targets for host-directed antivirals.

SUMMARY Cyclic GMP-AMP synthase (cGAS) is a primary sensor of aberrant DNA that governs an innate immune signaling cascade, leading to the induction of the type-I interferon response. We have previously identified polyglutamine binding protein 1, PQBP1, as an adaptor molecule required for cGAS-mediated innate immune response of lentiviruses, including the human immunodeficiency virus 1 (HIV-1), but dispensable for the recognition of DNA viruses. HIV-1- encoded DNA is synthesized as a single copy from its RNA genome, and is subsequently integrated into the host chromatin. HIV-1 then produces progeny through amplification and packaging of its RNA genome, thus, in contrast to DNA viruses, HIV-1 DNA is both transient and of low abundance. However, the molecular basis for the detection and verification of this low abundance HIV-1 DNA pathogen-associated molecular pattern (PAMP) is not understood. Here, we elucidate a two-factor authentication strategy that is employed by the innate immune surveillance machinery to selectively respond to the low concentration of PAMP, while discerning these species from extranuclear DNA molecules. We find that, upon HIV-1 infection, PQBP1 decorates intact viral capsid, which serves as a primary verification step for the viral nucleic acid cargo. As the reverse transcription and capsid disassembly initiate, cGAS protein is then recruited to the capsid in a PQBP1-dependent manner, enabling cGAS molecules to be co-positioned at the site of PAMP generation. Thus, these data indicate that PQBP1 recognition of the HIV-1 capsid sanctions a robust cGAS-dependent response to a limited abundance and short-lived DNA PAMP. Critically, this illuminates a molecular strategy wherein the modular recruitment of co-factors to germline encoded pattern recognition receptors (PRRs) serves to enhance repertoire of pathogens that can be sensed by the innate immune surveillance machinery.

Abstract The HIV-1 envelope glycoprotein (Env) contains a long cytoplasmic tail harboring highly conserved motifs that direct Env trafficking and incorporation into virions and promote efficient virus spread. The cellular trafficking factor Rab11a family interacting protein 1C (FIP1C) has been implicated in the directed trafficking of Env to sites of viral assembly. In this study, we confirm that siRNA-mediated depletion of FIP1C in HeLa cells modestly reduces Env incorporation into virions. To determine whether FIP1C is required for Env incorporation and HIV-1 replication in physiologically relevant cells, CRISPR/Cas9 technology was used to knock out the expression of this protein in several human T-cell lines – Jurkat E6.1, SupT1 and H9 – and in primary human CD4 + T cells. FIP1C knock-out caused modest reductions in Env incorporation in SupT1 cells but did not inhibit virus replication in SupT1 or Jurkat E6.1 T-cell lines. In H9 cells, FIP1C knock-out caused a cell-density-dependent defect in virus replication. In primary CD4 + T cells, FIP1C knock-out had no effect on HIV-1 replication. Furthermore, HTLV-I transformed cell lines that are permissive for HIV-1 replication do not express FIP1C. Mutation of an aromatic motif in the Env cytoplasmic tail – Y 795 W – implicated in FIP1C-mediated Env incorporation impaired virus replication independently of FIP1C expression in SupT1, Jurkat E6.1, H9, and primary T cells. Together, these results indicate that while FIP1C may contribute to HIV-1 Env incorporation in some contexts, additional and potentially redundant host factors are likely required for Env incorporation and virus dissemination in T cells. Importance The incorporation of the HIV-1 envelope (Env) glycoproteins, gp120 and gp41, into virus particles is critical for virus infectivity. Gp41 contains a long cytoplasmic tail that has been proposed to interact with host cell factors, including the trafficking factor Rab11a family interacting protein 1C (FIP1C). To investigate the role of FIP1C in relevant cell types – human T-cell lines and primary CD4 + T cells – we used CRISPR/Cas9 to knock out FIP1C expression and examined the effect on HIV-1 Env incorporation and virus replication. We observed that in two of the T-cell lines examined (Jurkat E6.1 and SupT1) and in primary CD4 + T cells, FIP1C knockout did not disrupt HIV-1 replication, whereas FIP1C knockout reduced Env expression and delayed replication in H9 cells. The results indicate that while FIP1C may contribute to Env incorporation in some cell lines, it is not an essential factor for efficient HIV-1 replication in primary CD4+ T cells.

Severe coronavirus disease 2019 and post-acute sequelae of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection are associated with neurological complications that may be linked to direct infection of the central nervous system (CNS), but the selective pressures ruling neuroinvasion are poorly defined. Here we assessed SARS-CoV-2 evolution in the lung versus CNS of infected mice. Higher levels of viral divergence were observed in the CNS than the lung after intranasal challenge with a high frequency of mutations in the spike furin cleavage site (FCS). Deletion of the FCS significantly attenuated virulence after intranasal challenge, with lower viral titres and decreased morbidity compared with the wild-type virus. Intracranial inoculation of the FCS-deleted virus, however, was sufficient to restore virulence. After intracranial inoculation, both viruses established infection in the lung, but dissemination from the CNS to the lung required the intact FCS. Cumulatively, these data suggest a critical role for the FCS in determining SARS-CoV-2 tropism and compartmentalization. SARS-CoV-2 replication in the murine lung requires the spike furin cleavage site, which is then lost during divergence in the brain.

ABSTRACT The core of HIV-1 viruses bearing the capsid change N74D (HIV-1-N74D) do not bind the human protein cleavage and polyadenylation specificity factor subunit 6 (CPSF6). In addition, HIV-1-N74D viruses have altered patterns of integration site preference in human cell lines. In primary human CD4+ T cells, HIV-1-N74D viruses exhibit infectivity defects when compared to wild type. The reason for this loss of infectivity in primary cells is unknown. We first investigated whether loss of CPSF6 binding accounts for the loss of infectivity. Depletion of CPSF6 in human CD4 + T cells did not affect the early stages of wild-type HIV-1 replication, suggesting that defective infectivity in the case of HIV-1-N74D is not due to the loss of CPSF6 binding. Based on our previous result that cyclophilin A (Cyp A) protected HIV-1 from human tripartite motif-containing protein 5α (TRIM5α hu ) restriction in CD4 + T cells, we tested whether TRIM5α hu was involved in the decreased infectivity observed for HIV-1-N74D. Depletion of TRIM5α hu in CD4 + T cells rescued the infectivity of HIV-1-N74D, suggesting that HIV-1-N74D cores interacted with TRIM5α hu . Accordingly, TRIM5α hu binding to HIV-1-N74D cores was increased compared with that of wild-type cores, and consistently, HIV-1-N74D cores lost their ability to bind Cyp A. In conclusion, we showed that the decreased infectivity of HIV-1-N74D in CD4 + T cells is due to a loss of Cyp A protection from TRIM5α hu restriction activity.