Recent cross-sectional analyses of HIV-1+ plasmas have indicated that broadly cross-reactive neutralizing antibody responses are developed by 10%–30% of HIV-1+ subjects. The timing of the initial development of such anti-viral responses is unknown. It is also unknown whether the emergence of these responses coincides with the appearance of antibody specificities to a single or multiple regions of the viral envelope glycoprotein (Env). Here we analyzed the cross-neutralizing antibody responses in longitudinal plasmas collected soon after and up to seven years after HIV-1 infection. We find that anti-HIV-1 cross-neutralizing antibody responses first become evident on average at 2.5 years and, in rare cases, as early as 1 year following infection. If cross-neutralizing antibody responses do not develop during the first 2–3 years of infection, they most likely will not do so subsequently. Our results indicate a potential link between the development of cross-neutralizing antibody responses and specific activation markers on T cells, and with plasma viremia levels. The earliest cross-neutralizing antibody response targets a limited number of Env regions, primarily the CD4-binding site and epitopes that are not present on monomeric Env, but on the virion-associated trimeric Env form. In contrast, the neutralizing activities of plasmas from subjects that did not develop cross-neutralizing antibody responses target epitopes on monomeric gp120 other than the CD4-BS. Our study provides information that is not only relevant to better understanding the interaction of the human immune system with HIV but may guide the development of effective immunization protocols. Since antibodies to complex epitopes that are present on the virion-associated envelope spike appear to be key components of earliest cross-neutralizing activities of HIV-1+ plasmas, then emphasis should be made to elicit similar antibodies by vaccination.

ABSTRACT Sustained phosphotinositide3-kinase (PI3K) signaling is critical to the maintenance of herpesvirus latency. We have previously shown that the beta-herpesvirus, human cytomegalovirus (CMV), regulates epidermal growth factor receptor (EGFR), upstream of PI3K, to control states of latency and reactivation. Inhibition of EGFR signaling enhances CMV reactivation from latency and increases viral replication, but the mechanisms by which EGFR impacts replication and latency is not known. We demonstrate that HCMV downregulates MEK/ERK and AKT phosphorylation, but not STAT3 or PLCγ for productive replication. Similarly, inhibition of either MEK/ERK or PI3K/AKT, but not STAT or PLCγ, pathways increases viral reactivation from latently infected CD34 + hematopoietic progenitor cells (HPCs), defining a role for these pathways in latency. We hypothesized that CMV modulation of EGFR signaling might impact viral transcription. Indeed, EGF-stimulation increased expression of the UL138 latency gene, but not immediate early or early viral genes, suggesting that EGFR signaling promotes latent gene expression. The early growth response-1 (EGR1) transcription factor is induced downstream of EGFR signaling through both PI3K/AKT and MEK/ERK pathways. EGR1 expression is important for the maintenance of HPC stemness and its downregulation drives HPC differentiation and mobilization. We demonstrate that EGR1 binds upstream of UL138 and is sufficient to promote UL138 expression. Further, disruption of EGR1 binding upstream of UL138 prevented CMV from establishing a latent infection in CD34 + HPCs. Our results indicate a model whereby UL138 modulation of EGFR signaling feeds back to promote UL138 expression and suppression of replication to establish or maintain viral quiescence. AUTHOR SUMMARY CMV regulates EGFR signaling to balance states of viral latency and replication. CMV blocks downstream PI3K/AKT and MEK/ERK signaling pathways through down-regulation of EGFR at the plasma membrane. PI3K/AKT and MEK/ERK signaling increases expression of the EGR1 transcription factor that is necessary for the maintenance of stem cell stemness. A decrease in EGR1 expression promotes HPC mobilization to the periphery and differentiation, a known stimulus for CMV reactivation. We identified functional EGR1 binding sites upstream of the UL138 gene and EGR-1 binding stimulates UL138 expression. Additionally, down-regulation of EGR1 by CMV miR-US22 decreases UL138 expression emphasizing the importance of this transcription factor in expression of this latency gene. Lastly, we demonstrate that a CMV mutant virus lacking an upstream EGR1 binding site is unable to establish latency in CD34 + HPCs. This study defines one mechanism by which EGFR signaling impacts viral gene expression to promote CMV latency.

Reactivation of latent Human Cytomegalovirus (HCMV) in CD34+ hematopoietic progenitor cells (HPCs) is closely linked to hematopoiesis. Viral latency requires maintenance of the progenitor cell quiescence, while reactivation initiates following mobilization of HPCs to the periphery and differentiation into CD14+ macrophages. Early growth response gene 1 (EGR-1) is a transcription factor activated by Epidermal growth factor receptor (EGFR) signaling that is essential for the maintenance of CD34+ HPC self-renewal in the bone marrow niche. Down-regulation of EGR-1 results in mobilization and differentiation of CD34+ HPC from the bone marrow to the periphery. In the current study we demonstrate that the transcription factor EGR-1 is directly targeted for down-regulation by HCMV miR-US22 that results in decreased proliferation of CD34+ HPCs and a decrease in total hematopoietic colony formation. We also show that an HCMV miR-US22 mutant fails to reactivate in CD34+ HPCs, indicating that expression of EGR-1 inhibits viral reactivation during latency. Since EGR-1 promotes CD34+ HPC self-renewal in the bone marrow niche, HCMV miR-US22 down-regulation of EGR-1 is a necessary step to block HPC self-renewal and proliferation to induce a cellular differentiation pathway necessary to promote reactivation of virus.