Mechanisms of CD8+ T Cell Mediated Virus Inhibition in HIV-1 Virus Controllers

CD8+ T cells are associated with long term control of virus replication to low or undetectable levels in a population of HIV+ therapy-naïve individuals known as virus controllers (VCs; <5000 RNA copies/ml and CD4+ lymphocyte counts >400 cells/µl). These subjects' ability to control viremia in the absence of therapy makes them the gold standard for the type of CD8+ T-cell response that should be induced with a vaccine. Studying the regulation of CD8+ T cells responses in these VCs provides the opportunity to discover mechanisms of durable control of HIV-1. Previous research has shown that the CD8+ T cell population in VCs is heterogeneous in its ability to inhibit virus replication and distinct T cells are responsible for virus inhibition. Further defining both the functional properties and regulation of the specific features of the select CD8+ T cells responsible for potent control of viremia the in VCs would enable better evaluation of T cell-directed vaccine strategies and may inform the design of new therapies.

Here we discuss the progress made in elucidating the features and regulation of CD8+ T cell response in virus controllers. We first detail the development of assays to quantify CD8+ T cells' ability to inhibit virus replication. This includes the use of a multi-clade HIV-1 panel which can subsequently be used as a tool for evaluation of T cell directed vaccines. We used these assays to evaluate the CD8+ response among cohorts of HIV-1 seronegative, HIV-1 acutely infected, and HIV-1 chronically infected (both VC and chronic viremic) patients. Contact and soluble CD8+ T cell virus inhibition assays (VIAs) are able to distinguish these patient groups based on the presence and magnitude of the responses. When employed in conjunction with peptide stimulation, the soluble assay reveals peptide stimulation induces CD8+ T cell responses with a prevalence of Gag p24 and Nef specificity among the virus controllers tested. Given this prevalence, we aimed to determine the gene expression profile of Gag p24-, Nef-, and unstimulated CD8+ T cells. RNA was isolated from CD8+ T-cells from two virus controllers with strong virus inhibition and one seronegative donor after a 5.5 hour stimulation period then analyzed using the Illumina Human BeadChip platform (Duke Center for Human Genome Variation). Analysis revealed that 565 (242 Nef and 323 Gag) genes were differentially expressed in CD8+ T-cells that were able to inhibit virus replication compared to those that could not. We compared the differentially expressed genes to published data sets from other CD8+ T-cell effector function experiments focusing our analysis on the most recurring genes with immunological, gene regulatory, apoptotic or unknown functions. The most commonly identified gene in these studies was TNFRSF9. Using PCR in a larger cohort of virus controllers we confirmed the up-regulation of TNFRSF9 in Gag p24 and Nef-specific CD8+ T cell mediated virus inhibition. We also observed increase in the mRNA encoding antiviral cytokines macrophage inflammatory proteins (MIP-1α, MIP-1αP, MIP-1β), interferon gamma (IFN-γ), granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF), and recently identified lymphotactin (XCL1).

Our previous work suggests the CD8+ T-cell response to HIV-1 can be regulated at the level of gene regulation. Because RNA abundance is modulated by transcription of new mRNAs and decay of new and existing RNA we aimed to evaluate the net rate of transcription and mRNA decay for the cytokines we identified as differentially regulated. To estimate rate of mRNA synthesis and decay, we stimulated isolated CD8+ T-cells with Gag p24 and Nef peptides adding 4-thiouridine (4SU) during the final hour of stimulation, allowing for separation of RNA made during the final hour of stimulation. Subsequent PCR of RNA isolated from these cells, allowed us to determine how much mRNA was made for our genes of interest during the final hour which we used to calculate rate of transcription. To assess if stimulation caused a change in RNA stability, we calculated the decay rates of these mRNA over time. In Gag p24 and Nef stimulated T cells , the abundance of the mRNA of many of the cytokines examined was dependent on changes in both transcription and mRNA decay with evidence for potential differences in the regulation of mRNA between Nef and Gag specific CD8+ T cells. The results were highly reproducible in that in one subject that was measured in three independent experiments the results were concordant.

This data suggests that mRNA stability, in addition to transcription, is key in regulating the direct anti-HIV-1 function of antigen-specific memory CD8+ T cells by enabling rapid recall of anti-HIV-1 effector functions, namely the production and increased stability of antiviral cytokines. We have started to uncover the mechanisms employed by CD8+ T cell subsets with antigen-specific anti-HIV-1 activity, in turn, enhancing our ability to inhibit virus replication by informing both cure strategies and HIV-1 vaccine designs that aim to reduce transmission and can aid in blocking HIV-1 acquisition.

L'impact des cellules dendritiques dans la dérégulation des cellules B dans un contexte d'infection au virus d'immunodéficience humaine

Les cellules dendritiques (DC) sont parmi les premières cellules à rencontrer le virus d’immunodéficience humaine (VIH) au niveau des muqueuses. De plus, le fait que les DC sont, de manière directe ou indirecte par le virus et ses composantes, altérées tant par leur nombre, leur phénotype et leur fonction suggère leur implication dans les dérégulations des cellules B. Selon cette hypothèse, des études longitudinales impliquant des individus infectés au VIH-1 présentant différents profils de progression clinique menées dans notre laboratoire ont démontré que les altérations des cellules B sont concomitantes à une augmentation de l’expression de BLyS/BAFF dans le sang ainsi que par les DC myéloïdes (mDC) sanguines. De plus, lors de travaux antérieurs utilisant le modèle murin VIH-transgénique, les altérations des cellules B ont démontré une implication des DC et d’un excès de BLyS/BAFF, et ce, dépendamment du facteur négatif du VIH (Nef). Dans cette optique, nous investiguons dans cette présente étude l’implication de Nef dans la modulation du phénotype des DC ainsi que dans les dérégulations des cellules B. Chez tous les patients virémiques infectés au VIH-1, nous avons détecté la présence de Nef dans le plasma ainsi qu’au niveau des mDC et de leurs précurseurs d’origine monocytaire, tout au long du suivi de la progression clinique et au-delà de la thérapie antirétrovirale (ART). La surexpression de BLyS/BAFF est associée à la présence de Nef au niveau des mDC et de leur précurseur.. Des essais in vitro ont permis de démontrer l’induction d’un phénotype proinflammatoire par des mDC dérivés de monocytes lorsqu’en présence de Nef soluble, via l’augmentation de l’expression de BLyS/BAFF et de TNF-α, et où cet effet est bloqué par l’ajout de l’acide rétinoïque. Nos résultats suggèrent donc que Nef est impliquée dans le déclenchement et la persistance des dérégulations des cellules B retrouvées chez les individus infectés au VIH-1. Basé sur nos observations, une thérapie adjointe impliquant le blocage de BLyS/BAFF et/ou Nef pourrait contribuer au contrôle de l’inflammation et des altérations des cellules B. De plus, la quantification de Nef post-ART pourrait s’avérer utile dans l’évaluation du statut des réservoirs. Précédemment, nous avons démontré que les dérégulations des cellules B sanguines de ces mêmes individus présentant un profil de progression rapide et classique sont accompagnées par l’augmentation de la fréquence d’une population partageant des caractéristiques des cellules B transitionnelles immatures (TI) et des cellules B de la zone marginale (ZM), que nous avons nommé les cellules B précurseur de la ZM. Toutefois, cette population est préservée chez les contrôleurs élites, chez qui nous avons trouvé une diminution significative de la fréquence des cellules B de la ZM présentant des marqueurs phénotypiques plus matures. Récemment, ces cellules ont été associées à un potentiel de fonction régulatrice (Breg), motivant ainsi notre poursuite, dans cette étude, de la caractérisation de ces cellules B. Comme pour les individus non infectés au VIH-1, nous avons démontré que les cellules B matures de la ZM contrôlent leur capacité de production d’IL-10 chez les contrôleurs élites, contrairement à une augmentation chez les progresseurs rapides et classiques. Aussi, les cellules B précurseur de la ZM des contrôleurs élites fournissent une expression importante de LT-α lorsque comparés aux individus non infectés au VIH-1, alors que cet apport de LT-α est attribué aux cellules B TI chez les progresseurs. Le contrôle de la progression clinique semble associé à un ratio en faveur de LT-α vs IL-10 au niveau des cellules B précurseur de la ZM. Nos résultats suggèrent qu’un maintien de l’intégrité du potentiel régulateur ainsi qu’une expression augmentée de LT-α par les cellules B de première ligne, telles les populations de la ZM, sont impliqués dans le contrôle de la progression clinique du VIH-1, possiblement par leur contribution à la modulation et l’homéostasie immunitaire. De telles populations doivent être considérées lors de l’élaboration de vaccins, ces derniers cherchant à générer une réponse protectrice de première ligne et adaptative.

Étude de la migration des populations de lymphocytes B du sang de patients infectés par le virus d’immunodéficience humaine (VIH)

La dérégulation du compartiment de cellules B est une conséquence importante de l’infection par le virus de l’immunodéficience humaine (VIH-1). On observe notamment une diminution des nombres de lymphocytes B sanguins ainsi qu’une variation des fréquences relatives des différentes populations de lymphocytes B chez les individus infectés par rapport aux contrôles sains. Notre laboratoire a précédemment démontré l’implication des cellules dendritiques dans la dérégulation des lymphocytes B via la roduction excessive de BLyS/BAFF, un stimulateur des cellules B. De plus, lors l’études menées chez la souris transgénique présentant une maladie semblable au SIDA, et chez la souris BLyS/BAFF transgénique, l’infection au VIH-1 fut associée à une expansion de la zone marginale (MZ) de la rate. De façon intéressante, nous observons chez les contrôleurs élites une diminution de la population B ‘mature’ de la MZ. Il s’agit du seul changement important chez les contrôleurs élites et reflète possiblement un recrutement de ces cellules vers la périphérie ainsi qu’une implication dans des mécanismes de contrôle de l’infection. Pour tenter d’expliquer et de mieux comprendre ces variations dans les fréquences des populations B, nous avons analysé les axes chimiotactiques CXCL13-CXCR5, CXCL12-CXCR4/CXCR7, CCL20-CCR6 et CCL25-CCR9. L’étude longitudinale de cohortes de patients avec différents types de progression clinique ou de contrôle de l’infection démontre une modulation des niveaux plasmatiques de la majorité des chimiokines analysées chez les progresseurs rapides et classiques. Au contraire, les contrôleurs élites conservent des niveaux normaux de chimiokines, démontrant leur capacité à maintenir l’homéostasie. La migration des populations de cellules B semble être modulée selon la progression ou le contrôle de l’infection. Les contrôleurs élites présentent une diminution de la population B ‘mature’ de la MZ et une augmentation de la fréquence d’expression du récepteur CXCR7 associé à la MZ chez la souris, suggérant un rôle important des cellules de la MZ dans le contrôle de l’infection au VIH-1. De façon générale, les résultats dans cette étude viennent enrichir nos connaissances du compartiment de cellules B dans le contexte de l’infection au VIH-1 et pourront contribuer à élaborer des stratégies préventives et thérapeutiques contre ce virus.

Étude de la migration des populations de lymphocytes B du sang de patients infectés par le virus d’immunodéficience humaine (VIH)

La dérégulation du compartiment de cellules B est une conséquence importante de l’infection par le virus de l’immunodéficience humaine (VIH-1). On observe notamment une diminution des nombres de lymphocytes B sanguins ainsi qu’une variation des fréquences relatives des différentes populations de lymphocytes B chez les individus infectés par rapport aux contrôles sains. Notre laboratoire a précédemment démontré l’implication des cellules dendritiques dans la dérégulation des lymphocytes B via la roduction excessive de BLyS/BAFF, un stimulateur des cellules B. De plus, lors l’études menées chez la souris transgénique présentant une maladie semblable au SIDA, et chez la souris BLyS/BAFF transgénique, l’infection au VIH-1 fut associée à une expansion de la zone marginale (MZ) de la rate. De façon intéressante, nous observons chez les contrôleurs élites une diminution de la population B ‘mature’ de la MZ. Il s’agit du seul changement important chez les contrôleurs élites et reflète possiblement un recrutement de ces cellules vers la périphérie ainsi qu’une implication dans des mécanismes de contrôle de l’infection. Pour tenter d’expliquer et de mieux comprendre ces variations dans les fréquences des populations B, nous avons analysé les axes chimiotactiques CXCL13-CXCR5, CXCL12-CXCR4/CXCR7, CCL20-CCR6 et CCL25-CCR9. L’étude longitudinale de cohortes de patients avec différents types de progression clinique ou de contrôle de l’infection démontre une modulation des niveaux plasmatiques de la majorité des chimiokines analysées chez les progresseurs rapides et classiques. Au contraire, les contrôleurs élites conservent des niveaux normaux de chimiokines, démontrant leur capacité à maintenir l’homéostasie. La migration des populations de cellules B semble être modulée selon la progression ou le contrôle de l’infection. Les contrôleurs élites présentent une diminution de la population B ‘mature’ de la MZ et une augmentation de la fréquence d’expression du récepteur CXCR7 associé à la MZ chez la souris, suggérant un rôle important des cellules de la MZ dans le contrôle de l’infection au VIH-1. De façon générale, les résultats dans cette étude viennent enrichir nos connaissances du compartiment de cellules B dans le contexte de l’infection au VIH-1 et pourront contribuer à élaborer des stratégies préventives et thérapeutiques contre ce virus.

Étude du niveau de B Lymphocyte Stimulator (BLyS) et de son impact sur les lymphocytes B en relation avec l’infection et la résistance au virus d’immunodéficience humaine (VIH) chez des travailleuses du sexe au Bénin

L’infection au VIH s’accompagne souvent de dérégulations du compartiment des lymphocytes B qui nuisent à la génération de réponses efficaces. En effet, détectées tôt après l’infection, ces dérégulations perdurent, ne sont pas totalement restaurées par la thérapie, et mènent souvent à des manifestations auto-immunes et lymphomes. Une étude longitudinale de notre groupe, effectuée avec des cellules mononucléées du sang circulant provenant de patients VIH+ avec différents types de progression clinique, a démontré qu’un niveau élevé de BLyS chez des individus VIH+ progresseurs était associé à une dérégulation des fréquences de populations de cellules B avec augmentation de cellules innées de la zone marginale (MZ) présentant des caractéristiques d’immaturité et d’activation. Au contraire, chez des individus VIH+ non-progresseurs avirémiques ou contrôleurs d’élite, les niveaux de BLyS étaient dans la normale et ce sont les fréquences de cellules B MZ plus matures qui étaient diminuées. La résistance au VIH pourrait aussi impliquer le contrôle de BLyS et son impact sur les cellules B. De ce fait, nous avons préalablement recruté une cohorte de travailleuses du sexe (TS) à Cotonou (Bénin) dans laquelle nous avons identifié des femmes qui demeurent séronégatives malgré une exposition soutenue au virus. Nous avons mesuré les niveaux de BLyS dans le sang et dans les lavages cervico-vaginaux (CVL) de TS VIH- et les avons comparés à ceux mesurés chez des TS VIH+ et un groupe contrôle de non-TS VIH- . Nous avons trouvé que les niveaux de BLyS dans le sang et le CVL des TS VIH- étaient inférieurs à ceux des TS VIH+ et des non-TS VIH-. Le niveau d’expression de BLyS à la surface des lymphocytes T, monocytes et cellules dendritiques de TS VIH- était augmenté, mais à un niveau moindre que les TS VIH+. Chez les TS VIH+, les hauts niveaux de BLyS étaient concomitants avec une dérégulation du compartiment B caractérisée par une hyperglobulinémie, une augmentation de la fréquence de populations avec un profil immature/inné et une plus grande proportion de plasmablastes IgG vs IgA. Au contraire, les niveaux inférieurs de BLyS dans le sang des TS VIH- coïncident avec un compartiment B préservé, révélant que les lymphocytes B MZ peuvent être impliqués dans l’immunité naturelle au VIH. Ces résultats démontrent l’importance du contrôle des niveaux de BLyS et du maintien de l’intégrité du compartiment B dans la résistance au VIH.

Étude du niveau de B Lymphocyte Stimulator (BLyS) et de son impact sur les lymphocytes B en relation avec l’infection et la résistance au virus d’immunodéficience humaine (VIH) chez des travailleuses du sexe au Bénin

L’infection au VIH s’accompagne souvent de dérégulations du compartiment des lymphocytes B qui nuisent à la génération de réponses efficaces. En effet, détectées tôt après l’infection, ces dérégulations perdurent, ne sont pas totalement restaurées par la thérapie, et mènent souvent à des manifestations auto-immunes et lymphomes. Une étude longitudinale de notre groupe, effectuée avec des cellules mononucléées du sang circulant provenant de patients VIH+ avec différents types de progression clinique, a démontré qu’un niveau élevé de BLyS chez des individus VIH+ progresseurs était associé à une dérégulation des fréquences de populations de cellules B avec augmentation de cellules innées de la zone marginale (MZ) présentant des caractéristiques d’immaturité et d’activation. Au contraire, chez des individus VIH+ non-progresseurs avirémiques ou contrôleurs d’élite, les niveaux de BLyS étaient dans la normale et ce sont les fréquences de cellules B MZ plus matures qui étaient diminuées. La résistance au VIH pourrait aussi impliquer le contrôle de BLyS et son impact sur les cellules B. De ce fait, nous avons préalablement recruté une cohorte de travailleuses du sexe (TS) à Cotonou (Bénin) dans laquelle nous avons identifié des femmes qui demeurent séronégatives malgré une exposition soutenue au virus. Nous avons mesuré les niveaux de BLyS dans le sang et dans les lavages cervico-vaginaux (CVL) de TS VIH- et les avons comparés à ceux mesurés chez des TS VIH+ et un groupe contrôle de non-TS VIH- . Nous avons trouvé que les niveaux de BLyS dans le sang et le CVL des TS VIH- étaient inférieurs à ceux des TS VIH+ et des non-TS VIH-. Le niveau d’expression de BLyS à la surface des lymphocytes T, monocytes et cellules dendritiques de TS VIH- était augmenté, mais à un niveau moindre que les TS VIH+. Chez les TS VIH+, les hauts niveaux de BLyS étaient concomitants avec une dérégulation du compartiment B caractérisée par une hyperglobulinémie, une augmentation de la fréquence de populations avec un profil immature/inné et une plus grande proportion de plasmablastes IgG vs IgA. Au contraire, les niveaux inférieurs de BLyS dans le sang des TS VIH- coïncident avec un compartiment B préservé, révélant que les lymphocytes B MZ peuvent être impliqués dans l’immunité naturelle au VIH. Ces résultats démontrent l’importance du contrôle des niveaux de BLyS et du maintien de l’intégrité du compartiment B dans la résistance au VIH.

Weather variability, tides, and Barmah Forest Virus Disease in the Gladstone region, Australia

In this study we examined the impact of weather variability and tides on the transmission of Barmah Forest virus (BFV) disease and developed a weather-based forecasting model for BFV disease in the Gladstone region, Australia. We used seasonal autoregressive integrated moving-average (SARIMA) models to determine the contribution of weather variables to BFV transmission after the time-series data of response and explanatory variables were made stationary through seasonal differencing. We obtained data on the monthly counts of BFV cases, weather variables (e.g., mean minimum and maximum temperature, total rainfall, and mean relative humidity), high and low tides, and the population size in the Gladstone region between January 1992 and December 2001 from the Queensland Department of Health, Australian Bureau of Meteorology, Queensland Department of Transport, and Australian Bureau of Statistics, respectively. The SARIMA model shows that the 5-month moving average of minimum temperature (β = 0.15, p-value < 0.001) was statistically significantly and positively associated with BFV disease, whereas high tide in the current month (β = −1.03, p-value = 0.04) was statistically significantly and inversely associated with it. However, no significant association was found for other variables. These results may be applied to forecast the occurrence of BFV disease and to use public health resources in BFV control and prevention.

Geographic Variation of Notified Ross River Virus Infections in Queensland, Australia, 1985-1996

The spatial and temporal variations of Ross River virus infections reported in Queensland, Australia, between 1985 and 1996 were studied by using the Geographic Information System. The notified cases of Ross River virus infection came from 489 localities between 1985 and 1988, 805 between 1989 and 1992, and 1,157 between 1993 and 1996 (chi2(df = 2) = 680.9; P < 0.001). There was a marked increase in the number of localities where the cases were reported by 65 percent for the period of 1989-1992 and 137 percent for 1993-1996, compared with that for 1985-1988. The geographic distribution of the notified Ross River virus cases has expanded in Queensland over recent years. As Ross River virus disease has impacted considerably on tourism and industry, as well as on residents of affected areas, more research is required to explore the causes of the geographic expansion of the notified Ross River virus infections.