Infection of rhesus macaques with simian-human immunodeficiency viruses (SHIVs) is the preferred model system for vaccine development because SHIVs encode HIV-1 envelope glycoproteins (Env) – a key target of HIV-1 neutralizing antibodies. Since the goal of vaccines is to prevent new infections, SHIVs encoding circulating HIV-1 Env are desired as challenge viruses. Development of such biologically relevant SHIVs has been challenging as they fail to infect rhesus macaques, mainly because most circulating HIV-1 Env do not use rhesus CD4 (rhCD4) receptor for viral entry. Most primary HIV-1 Env exist in a closed conformation and occasionally transit to downstream, open conformation through an obligate intermediate conformation. Here, we provide genetic evidence that open Env conformations can overcome the rhCD4 entry barrier and increase replication of SHIVs in rhesus lymphocytes. Consistent with prior studies, we found that circulating HIV-1 Env do not use rhCD4 efficiently for viral entry. However, using HIV-1 Env with single amino acid substitutions that alter their conformational state, we found that transitions to intermediate and open Env conformation allow usage of physiological levels of rhCD4 for viral entry. We engineered these single amino acid substitutions in the transmitted/founder HIV-1_BG505 Env encoded by SHIV-BG505 and found that open Env conformation enhances SHIV replication in rhesus lymphocytes. Lastly, CD4-mediated SHIV pull-down, sensitivity to soluble CD4, and fusogenicity assays indicated that open Env conformation promotes efficient rhCD4 binding and viral-host membrane fusion. These findings identify conformational state of HIV-1 Env as a major determinant for rhCD4 usage, viral fusion, and SHIV replication.

中文翻译：

---

HIV-1 包膜的构象控制着恒河猴 CD4 的使用和猿猴-人类免疫缺陷病毒的复制

恒河猴感染猴人类免疫缺陷病毒 (SHIV) 是疫苗开发的首选模型系统，因为 SHIV 编码 HIV-1 包膜糖蛋白 (Env)——HIV-1 中和抗体的关键目标。由于疫苗的目标是预防新的感染，因此需要编码循环 HIV-1 Env 的 SHIV 作为攻击病毒。开发此类与生物学相关的 SHIV 一直具有挑战性，因为它们无法感染恒河猴，主要是因为大多数循环的 HIV-1 Env 不使用恒河猴 CD4 (rhCD4) 受体进入病毒。大多数初级 HIV-1 Env 以封闭构象存在，偶尔会通过专性中间构象过渡到下游开放构象。这里，我们提供的遗传证据表明，开放的 Env 构象可以克服 rhCD4 进入障碍并增加 SHIV 在恒河猴淋巴细胞中的复制。与先前的研究一致，我们发现循环中的 HIV-1 Env 不能有效地利用 rhCD4 来进入病毒。然而，使用具有改变其构象状态的单个氨基酸替换的 HIV-1 Env，我们发现过渡到中间和开放的 Env 构象允许使用生理水平的 rhCD4 来进入病毒。我们在传播/创始人 HIV-1 中设计了这些单个氨基酸替代 我们发现过渡到中间和开放的 Env 构象允许使用生理水平的 rhCD4 来进入病毒。我们在传播/创始人 HIV-1 中设计了这些单个氨基酸替代 我们发现过渡到中间和开放的 Env 构象允许使用生理水平的 rhCD4 来进入病毒。我们在传播/创始人 HIV-1 中设计了这些单个氨基酸替代_BG505 Env 由 SHIV-BG505 编码，发现开放的 Env 构象增强了恒河猴淋巴细胞中的 SHIV 复制。最后，CD4 介导的 SHIV 下拉、对可溶性 CD4 的敏感性和融合性测定表明开放的 Env 构象促进有效的 rhCD4 结合和病毒-宿主膜融合。这些发现将 HIV-1 Env 的构象状态确定为 rhCD4 使用、病毒融合和 SHIV 复制的主要决定因素。