Summary Human endogenous retroviruses (HERVs) occupy approximately 8% of human genome. HERVs, which are transcribed in early embryos, are epigenetically silenced in somatic cells, except in pathological contexts. HERV-K is thought to protect the embryo from exogenous viral infection. However, uncontrollable HERV-K expression in somatic cells has been implicated in several diseases. Here, we show that SOX2, which plays a key role in maintaining pluripotency of stem cells, is critical for the transcription of HERV-K LTR5Hs. HERV-K can undergo retrotransposition within producer cells in the absence of Env expression. Furthermore, new HERV-K integration sites were identified in a long-term culture of induced pluripotent stem cells, which express SOX2. Together, these results suggest the possibility that the strict dependence of HERV-K on SOX2 have allowed contribution of HERV-K to the protection of early embryos during evolution while limiting potentially harmful effects of HERV-K retrotransposition on host genome integrity to these early embryos.

Abstract The stably integrated pool of HIV-1 proviruses in the host genome stands against curative strategies. This reservoir is extremely heterogeneous with respect to host cell type, anatomical location, integration site, and replication fitness. During the initial phase of infection, only a few infected cells can resist host immune clearance or cytopathic effect and establish this resistant pool. The mechanisms underlying HIV latency initiation are not fully resolved yet. In the current study, we propose and validate a new reporter model for monitoring HIV-1 provirus silencing and reactivation using Timer of cell kinetics and activity (Tocky). HIV-Tocky system uses a fluorescent Timer protein whose emission spectrum spontaneously shifts from blue to red to reveal HIV-1 provirus dynamics. We dissected provirus transcriptional phases into early, persistent, recently silenced, and latent. To our knowledge, this is the first report to distinguish two latent subsets: a directly non-expressing population and a recently silenced after brief expression. In-depth integration site analysis suggested that the distribution of proviruses in directly latent cells was similar to that in actively transcribing cell population, whereas recently silenced cells tended to harbor proviruses integrated into heterochromatin. Furthermore, we established a library of various single integration clones at which we utilized to demonstrate the efficiency of the block-and-lock strategy by capturing the fast dynamics of silencing that were overlooked in previous models. In summary, we propose HIV-Tocky system to serve as a time-sensitive model that can capture the dynamics of provirus expression, making it a useful tool for HIV latency research. Significance Statement Determinants of HIV-1 latency establishment are yet to be elucidated. This reservoir comprises a rare fraction of infected cells that can survive host and virus-mediated killing. In vitro reporter models so far offered a feasible means to inspect this population, but with limited capabilities to dissect provirus silencing dynamics. Here, we describe a new HIV reporter model (HIV-Tocky) with dual fluorescence spontaneous shifting to reveal provirus silencing and reactivation dynamics. This unique feature allowed; for the first time, identifying two latent populations: a directly latent, and a recently silenced subset, with the latter having integration features suggestive of stable latency. Our proposed model can help address the heterogeneous nature of HIV reservoirs and offers new possibilities for evaluating eradication strategies. Classification Biological Sciences, Microbiology.

The introduction of combined antiretroviral therapy (cART) has greatly improved the quality of life of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1)-infected individuals. Nonetheless, the ever-present desire to seek out a full remedy for HIV-1 infections makes the discovery of novel antiviral medication compelling. Owing to this, a new late-stage inhibitor, Lenacapavir/Sunlenca, an HIV multi-phase suppressor, was clinically authorized in 2022. Besides unveiling cutting-edge antivirals inhibiting late-stage proteins or processes, newer therapeutics targeting host restriction factors hold promise for the curative care of HIV-1 infections. Notwithstanding, bone marrow stromal antigen 2 (BST2)/Tetherin/CD317/HM1.24, which entraps progeny virions is an appealing HIV-1 therapeutic candidate. In this study, a novel drug screening system was established, using the Jurkat/Vpr-HiBiT T cells, to identify drugs that could obstruct HIV-1 release; the candidate compounds were selected from the Ono Pharmaceutical compound library. Jurkat T cells expressing Vpr-HiBiT were infected with NL4-3, and the amount of virus release was quantified indirectly by the amount of Vpr-HiBiT incorporated into the progeny virions. Subsequently, the candidate compounds that suppressed viral release were used to synthesize the heterocyclic compound, HT-7, which reduces HIV-1 release with less cellular toxicity. Notably, HT-7 increased cell surface BST2 coupled with HIV-1 release reduction in Jurkat cells but not Jurkat/KO-BST2 cells. Seemingly, HT-7 impeded simian immunodeficiency virus (SIV) and severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) release. Concisely, these results suggest that the reduction in viral release, following HT-7 treatment, resulted from the modulation of cell surface expression of BST2 by HT-7.

ABSTRACT HIV-1 continues to be a global health concern since AIDS was first recognized by the World Health Organization (WHO). It is estimated that there were 38 million people infected with HIV-1 and 1.5 million deaths in 2019 alone. A better understanding of the details of the HIV late-stage life cycle, involving Pr55 Gag attachment to the membrane for the further oligomerization to release virion, will provide us new avenues for potential treatment. Inositol hexakisphosphate (IP6) is an abundant endogenous cyclitol molecule and its binding was linked to the oligomerization of Pr55 Gag via the MA domain. However, the binding site of IP6 on MA was unknown and the structural details of this interaction were missing. Here, we present three high-resolution crystal structures of the MA domain in complex with IP6 molecules to reveal its binding mode. Additionally, extensive Differential Scanning Fluorimetry analysis combined with cryo- and ambient-temperature X-ray crystallography and computational biology identify the key residues that participate in IP6 binding. Our data provide novel insights about the multilayered HIV-1 virion assembly process that involves the interplay of IP6 with PIP2, a phosphoinositide essential for the membrane binding of Pr55 Gag . IP6 and PIP2 have neighboring alternate binding sites within the same highly basic region (residues 18-33). This indicates that IP6 and PIP2 bindings are not mutually exclusive and may play a key role in coordinating virion particles’ membrane localization. Based on our three different IP6-MA complex crystal structures, we propose a new model that involves the IP6 coordination of the oligomerization of outer MA and inner CA domain 2D layers during assembly and budding.