Apoptosis mediated by HIV protease is preceded by cleavage of Bcl-2.

Expression of the human immunodeficiency virus type 1 (HIV) protease in cultured cells leads to apoptosis, preceded by cleavage of bcl-2, a key negative regulator of cell death. In contrast, a high level of bcl-2 protects cells in vitro and in vivo from the viral protease and prevents cell death following HIV infection of human lymphocytes, while reducing the yields of viral structural proteins, infectivity, and tumor necrosis factor alpha. We present a model for HIV replication in which the viral protease depletes the infected cells of bcl-2, leading to oxidative stress-dependent activation of NF kappa B, a cellular factor required for HIV transcription, and ultimately to cell death. Purified bcl-2 is cleaved by HIV protease between phenylalanine 112 and alanine 113. The results suggest a new option for HIV gene therapy; bcl-2 muteins that have noncleavable alterations surrounding the HIV protease cleavage site.

Peptides from conserved regions of paramyxovirus fusion (F) proteins are potent inhibitors of viral fusion.

The synthetic peptides DP-107 and DP-178 (T-20), derived from separate domains within the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) transmembrane (TM) protein, gp4l, are stable and potent inhibitors of HIV-1 infection and fusion. Using a computer searching strategy (computerized antiviral searching technology, C.A.S.T.) based on the predicted secondary structure of DP-107 and DP-178 (T-20), we have identified conserved heptad repeat domains analogous to the DP-107 and DP-178 regions of HIV-1 gp41 within the glycoproteins of other fusogenic viruses. Here we report on antiviral peptides derived from three representative paramyxoviruses, respiratory syncytial virus (RSV), human parainfluenza virus type 3 (HPIV-3), and measles virus (MV). We screened crude preparations of synthetic 35-residue peptides, scanning the DP-178-like domains, in antiviral assays. Peptide preparations demonstrating antiviral activity were purified and tested for their ability to block syncytium formation. Representative DP-178-like peptides from each paramyxovirus blocked homologous virus-mediated syncytium formation and exhibited EC50 values in the range 0.015-0.250 microM. Moreover, these peptides were highly selective for the virus of origin. Identification of biologically active peptides derived from domains within paramyxovirus F1 proteins analogous to the DP-178 domain of HIV-1 gp4l is compelling evidence for equivalent structural and functional features between retroviral and paramyxoviral fusion proteins. These antiviral peptides provide a novel approach to the development of targeted therapies for paramyxovirus infections.

Recognition by viral and cellular DNA polymerases of nucleosides bearing bases with nonstandard hydrogen bonding patterns.

The ability of DNA polymerases (pols) to catalyze the template-directed synthesis of duplex oligonucleotides containing a nonstandard Watson-Crick base pair between a nucleotide bearing a 5-(2,4-diaminopyrimidine) heterocycle (d kappa) and a nucleotide bearing either deoxyxanthosine (dX) or N1-methyloxoformycin B (pi) has been investigated. The kappa-X and kappa-pi base pairs are jointed by a hydrogen bonding pattern different from and exclusive of those joining the AT and GC base pairs. Reverse transcriptase from human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) incorporates dXTP into an oligonucleotide opposite d kappa in a template with good fidelity. With lower efficiency and fidelity, HIV-1 reverse transcriptase also incorporates d kappa TP opposite dX in the template. With d pi in the template, no incorporation of d kappa TP was observed with HIV reverse transcriptase. The Klenow fragment of DNA pol I from Escherichia coli does not incorporate d kappa TP opposite dX in a template but does incorporate dXTP opposite d kappa. Bovine DNA pols alpha, beta, and epsilon accept neither dXTP opposite d kappa nor d kappa TP opposite d pi. DNA pols alpha and epsilon (but not beta) incorporate d kappa TP opposite dX in a template but discontinue elongation after incorporating a single additional base. These results are discussed in light of the crystal structure for pol beta and general considerations of how polymerases must interact with an incoming base pair to faithfully copy genetic information.

A molecular sensor system based on genetically engineered alkaline phosphatase.

Binding and signaling proteins based on Escherichia coli alkaline phosphatase (AP; EC 3.1.3.1) were designed for the detection of antibodies. Hybrid proteins were constructed by using wild-type AP and point mutants of AP [Asp-101 --> Ser (D101S) and Asp-153 --> Gly (D153G)]. The binding function of the hybrid proteins is provided by a peptide epitope inserted between amino acids 407 and 408 in AP. Binding of anti-epitope antibodies to the hybrid proteins modulates the enzyme activity of the hybrids; upon antibody binding, enzyme activity can increase to as much as 300% of the level of activity in the absence of antibody or can decrease as much as 40%, depending on the presence or absence of the point mutations in AP. The fact that modulation is altered from inhibition to activation by single amino acid changes in the active site of AP suggests that the mechanism for modulation is due to structural alterations upon antibody binding. Modulation is a general phenomenon. The properties of the system are demonstrated by using two epitopes, one from the V3 loop of human immunodeficiency virus type 1 gp120 protein and one from hepatitis C virus core protein, and corresponding monoclonal antibodies. The trend of modulation is consistent for all hybrids; those in wild-type AP are inhibited by antibody, while those in the AP mutants are activated by antibody. This demonstrates that modulation of enzyme activity of the AP-epitope hybrid proteins is not specific to either a particular epitope sequence or a particular antibody-epitope combination.

Vector-mediated delivery of a polyamide ("peptide") nucleic acid analogue through the blood-brain barrier in vivo.

Polyamide ("peptide") nucleic acids (PNAs) are molecules with antigene and antisense effects that may prove to be effective neuropharmaceuticals if these molecules are enabled to undergo transport through the brain capillary endothelial wall, which makes up the blood-brain barrier in vivo. The model PNA used in the present studies is an 18-mer that is antisense to the rev gene of human immunodeficiency virus type 1 and is biotinylated at the amino terminus and iodinated at a tyrosine residue near the carboxyl terminus. The biotinylated PNA was linked to a conjugate of streptavidin (SA) and the OX26 murine monoclonal antibody to the rat transferrin receptor. The blood-brain barrier is endowed with high transferrin receptor concentrations, enabling the OX26-SA conjugate to deliver the biotinylated PNA to the brain. Although the brain uptake of the free PNA was negligible following intravenous administration, the brain uptake of the PNA was increased at least 28-fold when the PNA was bound to the OX26-SA vector. The brain uptake of the PNA bound to the OX26-SA vector was 0.1% of the injected dose per gram of brain at 60 min after an intravenous injection, approximating the brain uptake of intravenously injected morphine. The PNA bound to the OX26-SA vector retained the ability to bind to synthetic rev mRNA as shown by RNase protection assays. In summary, the present studies show that while the transport of PNAs across the blood-brain barrier is negligible, delivery of these potential neuropharmaceutical drugs to the brain may be achieved by coupling them to vector-mediated peptide-drug delivery systems.

L’influence du réseau de chimiokines sur les lymphocytes T dans le contexte de l’infection à virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1)

Les chimiokines et leurs récepteurs respectifs jouent un rôle important dans l’immunité innée et adaptative. Les récepteurs de chimiokines identifient des cellules T CD4+ avec potentiel de migration dans des tissus spécifiques et à fonctionnalité distincte du point de vue de la spécificité antigénique et de la production de cytokines. L’identité de la population des cellules T CD4+ susceptibles versus résistantes à l’infection par le virus de l’immunodéficience humaine (VIH) reste mal définie. Le recrutement dans les muqueuses intestinales d’un excès de cellules T effectrices (CD8+) comparé aux cellules cibles (CD4+) représente un bon pronostic de l’infection par le virus de l’immunodéficience simienne (VIS), tandis que la déplétion des cellules Th17 dans les tissus lymphoïdes associés au tractus gastro-intestinal (GALT) est un marqueur de la progression de l’infection à VIH. L’effet régulateur des chimiokines sur l’activation de la réplication virale dans différentes sous-populations cellulaires T CD4+ reste peu étudié. Ce projet de maîtrise est divisé en 3 parties: (1) l’identification des récepteurs de chimiokines CCR4, CXCR3 et CCR6 comme marqueurs de surfaces des sous populations T CD4+ avec susceptibilité distincte à l’infection par le VIH; (2) la caractérisation phénotypique et fonctionnelle des cellules T CD4+ et T CD8+ spécifiques au VIH de sujets à progression lente vers le stade sida (LTNP); et (3) les effets des chimiokines ligands de CCR4, CXCR3 et CCR6 sur l’activation cellulaire et la réplication virale in vitro. Nos résultats démontrent que les cellules T CD4+ CCR4+CCR6+ (profile cytokinique Th17) et CXCR3+CCR6+ (profile cytokinique Th1/Th17) sont hautement permissives à l’infection par le VIH. Nous proposons également de nouveaux corrélats de protection immunitaire contre le VIH chez les sujets LTNP: (i) le potentiel de co-localisation dans les muqueuses intestinales des cellules T CD4+ et CD8+ spécifiques au VIH via l’intégrine β7, (ii) le ratio élevé entre les cellules T effectrices (CD8+) versus les cellules cibles (CD4+) spécifiques au VIH, (iii) le profil cytokinique Th17 et (iv) la capacité des cellules T CD4+ et CD8+ spécifiques au VIH à produire des ligands de CCR5 bloquant l’entrée virale. Finalement, nos résultats sur l’effet co-stimulateur des chimiokines sur les cellules T et leurs effets opposés sur la réplication virale démontrent l’implication du réseau des chimiokines dans la régulation de la pathogenèse de l’infection à VIH.

Étude de l’évolution du tropisme et de la pression sélective exercée sur le gène de l’enveloppe du virus de l’immunodéficience humaine de type 1 au cours de la grossesse et à l’échelle de la population.

Introduction. Le VIH-1 évolue en fonction de la réponse immunitaire spécifique de l’hôte. La pression sélective exercée par la réponse immunitaire VIH-spécifique de l’hôte entraine l’évolution des gènes viraux et à terme détermine l’évolution de la maladie. Cette évolution du virus à l’échelle d’un individu façonne également l’évolution du virus à l’échelle de la population et détermine le devenir de l’épidémie. Le VIH utilise les corécepteurs d’entrée CCR5 (virus R5) et CXCR4 (virus X4) afin d’infecter la cellule cible, et l’évolution du tropisme du virus de R5 vers X4, appelé switch du tropisme, est associé à la progression de la maladie. Les virus R5 sont rencontrés en début d’infection tandis que les virus X4 apparaissent en fin de maladie chez un certain de nombre de patients et sont considérés comme plus virulents. La pression sélective immunitaire exercée sur le gène de l’enveloppe (env) peut donc entrainer l’évolution du tropisme du VIH. La grossesse est un état immunitaire particulier considéré comme étant principalement caractérisé par un biais Th2 nécessaire à l’établissement de la tolérance materno-fétale. Le switch de tropisme de R5 vers X4 en grossesse n’a jamais été documenté, de même que l’évolution des déterminants du tropisme à l’échelle de la population. Hypothèses. Les changements immunitaires associés à l’initiation et la progression de la grossesse engendrent des changements dans la pression immunitaire exercée sur l’enveloppe et peuvent favoriser le switch du tropisme. L’évolution du tropisme du VIH-1 peut être observé à l’échelle de la population au même titre que l’évolution de l’enveloppe virale. Objectifs. Analyser l’évolution du tropisme et décrire la pression sélective sur l’enveloppe des femmes enceintes infectées par le VIH-1. Analyser l’évolution des déterminants du tropisme à l’échelle de la population. Méthodes. Nous avons dans un premier temps analysé l’évolution des déterminants du tropisme et déterminé le génotype et phénotype du VIH-1 chez 19 femmes enceintes issues de la cohorte du centre maternel et infantile sur le SIDA de l’hôpital Sainte-Justine (CMIS). Nous avons ensuite caractérisé et comparé la pression sélective exercée sur env, par une méthode bayésienne, chez 31 femmes enceinte et 29 femmes non-enceintes. Enfin, nous avons analysé et comparé des déterminants du tropisme entre des séquences d’enveloppe contemporaines et anciennes, issues des bases de données du NCBI. Résultats. Nos résultats montrent la présence de virus X4 chez la moitié de notre cohorte, et un switch de tropisme de R5 vers X4 chez 5/19 sujets. Les séquences des femmes enceintes présentaient des taux de substitutions plus élevées que celles des femmes non-enceintes. La pression sélective dans la région C2 était plus faible chez les femmes enceintes que chez les femmes non-enceintes, et différait dans 4 positions entre ces 2 groupes. Cette sélection diminuait au cours de la grossesse chez les patientes traitées. Enfin, une accumulation de mutations X4 a été observée dans les séquences R5 contemporaines par rapport aux séquences R5 anciennes. Conclusion. Les changements immunitaires associés à la grossesse semblent induire des modifications subtiles dans la pression sélective exercée sur env, suffisant à influencer l’évolution du tropisme de R5 vers X4. Un switch du tropisme à l’échelle de la population impliquerait une épidémie évoluant vers une plus grande virulence du virus. Nos résultats sont d’importance en ce qui concerne la prophylaxie antirétrovirale pour la santé de la mère et la prévention de la transmission mère-enfant du VIH-1. Ils sont aussi importants concernant l’avenir de la thérapie antirétrovirale dans le contexte d’une épidémie évoluant vers une plus grande virulence

Gastric and Peritoneal Involvement of Human Herpes Virus 8 Related Kaposi Sarcoma in a Patient with Acquired Immunodeficiency Syndrome

Kaposi's sarcoma (KS) is one of the most frequent neoplastic diseases in patients infected with human immunodeficiency virus (HIV). The authors report the case of a 40-year-old male with ascites, peripheral edema and peritoneal carcinomatosis secondary to a gastric KS related to human herpes virus type 8 (HHV-8). The patient had severe immunodeficiency, with a TCD4+ count of 86 cells/µl and newly diagnosed acquired immunodeficiency syndrome. His clinical condition rapidly deteriorated, with multiorgan failure, and he died without the possibility of initiating antiretroviral therapy or chemotherapy. To the authors’ knowledge, carcinomatosis is a rare feature in KS.

Human Non-neutralizing HIV-1 Envelope Monoclonal Antibodies Limit the Number of Founder Viruses during SHIV Mucosal Infection in Rhesus Macaques.

HIV-1 mucosal transmission begins with virus or virus-infected cells moving through mucus across mucosal epithelium to infect CD4+ T cells. Although broadly neutralizing antibodies (bnAbs) are the type of HIV-1 antibodies that are most likely protective, they are not induced with current vaccine candidates. In contrast, antibodies that do not neutralize primary HIV-1 strains in the TZM-bl infection assay are readily induced by current vaccine candidates and have also been implicated as secondary correlates of decreased HIV-1 risk in the RV144 vaccine efficacy trial. Here, we have studied the capacity of anti-Env monoclonal antibodies (mAbs) against either the immunodominant region of gp41 (7B2 IgG1), the first constant region of gp120 (A32 IgG1), or the third variable loop (V3) of gp120 (CH22 IgG1) to modulate in vivo rectal mucosal transmission of a high-dose simian-human immunodeficiency virus (SHIV-BaL) in rhesus macaques. 7B2 IgG1 or A32 IgG1, each containing mutations to enhance Fc function, was administered passively to rhesus macaques but afforded no protection against productive clinical infection while the positive control antibody CH22 IgG1 prevented infection in 4 of 6 animals. Enumeration of transmitted/founder (T/F) viruses revealed that passive infusion of each of the three antibodies significantly reduced the number of T/F genomes. Thus, some antibodies that bind HIV-1 Env but fail to neutralize virus in traditional neutralization assays may limit the number of T/F viruses involved in transmission without leading to enhancement of viral infection. For one of these mAbs, gp41 mAb 7B2, we provide the first co-crystal structure in complex with a common cyclical loop motif demonstrated to be critical for infection by other retroviruses.

Characterization of Primary Isolates of HIV Type 1 CRF28_BF, CRF29_BF, and Unique BF Recombinants Circulating in Sao Paulo, Brazil

We report for the first time the genetic and biological characterization of 10 HIV-1 primary isolates representing CRF28_BF and CRF29_BF together with additional unique BF recombinant forms (URFs) obtained by PBMC cocultivation. Recombination is an important factor promoting the increase in the genetic diversity of HIV-1. Notably, more than 20% of HIV-1 sequences worldwide were recombinants. Several recombinant viruses were reported in Brazil, and six circulating recombinant forms (CRFs) have been identified (CRF28_BF, CRF29_BF, CRF31_BC, CRF39_BF, CRF40_BF, and CRF46_BF). CRF28_BF and CRF29_BF were found to infect almost 30% of the patients in Sao Paulo State. The near full-length genomes of these 10 primary isolates were amplified by nested PCR in three overlapping segments, purified, and sequenced. Three samples were related to CRF28_BF, three to CRF29_BF, and four were unique recombinant forms (URFs), as determined by their breakpoint profile determined with the jpHMM program. Additionally, the coreceptor usage of these isolates was investigated in vitro using GHOST assays, which revealed three dual-tropic (X4/R5) viruses, four lymphotropic (X4) viruses, and three macrophage-tropic (R5) viruses with different V3-loop motifs, which challenges the notion that GWGR-carrying viruses are macrophage-tropic only. In sum, we report a much-anticipated well-characterized panel of viruses representing CRF28_BF, CRF29_BF, and URFs from Sao Paulo State, Brazil.

Molecular epidemiology reveals long-term changes in HIV type 1 subtype B transmission in Switzerland

Sequence data from resistance testing offer unique opportunities to characterize the structure of human immunodeficiency virus (HIV) infection epidemics.

Missed opportunities in the prevention of perinatal human immunodeficiency syndrome virus transmission

Mother to child transmission of human immunodeficiency virus (HIV) has decreased dramatically in the United States since the mid-1990s. Without antiretroviral therapy the risk of perinatal infection is as high as 25%; with treatment the risk drops to <1-2%. However, state surveillance data show a recent rise in the percentage of babies being born with HIV in Texas. No studies of perinatal HIV transmission in Texas have focused on the individual cases and identified what social/institutional barriers stood in the way of the index woman, her support system and her health providers in negotiating access to prenatal care and HIV treatment.^ The Texas Department of State Health Services identifies the babies born in Texas with HIV infection. This two year study will use mixed methods to identify barriers to the diagnosis and treatment of maternal HIV. In-depth interviews and chart reviews will be used to conduct the study. The abstracted medical record will give us demographic data and details of the timing of testing and treatment; interviews will provide information as to the individual and environmental factors that may have delayed testing and treatment. Little research has been done to assess the factors contributing to late prenatal HIV diagnosis and care in Texas and the interventions identified by mothers of affected babies that might overcome these obstacles.^ Conclusions from this study will guide the development of interventions to better educate the public, reduce structural barriers common to the underserved, and/or educate health care professionals. The study will also serve as a model for other states to undertake evaluation of their cases of perinatal infection. ^

The human and simian immunodeficiency virus envelope glycoprotein transmembrane subunits are palmitoylated.

The envelope proteins of human immunodeficiency virus (HIV) and simian immunodeficiency virus (SIV) were found to be modified by fatty acylation of the transmembrane protein subunit gp41. The precursor gp160 was also palmitoylated prior to its cleavage into the gp120 and gp41 subunits. The palmitic acid label was sensitive to treatment with hydroxylamine or 2-mercaptoethanol, indicating that the linkage is through a thioester bond. Treatment with cycloheximide did not prevent the incorporation of [3H]palmitic acid into the HIV envelope protein, indicating that palmitoylation is a posttranslation modification. In contrast to other glycoproteins, which are palmitoylated at cysteine residues within or close to the membrane-spanning hydrophobic domain, the palmitoylation of the HIV-1 envelope proteins occurs on two cysteine residues, Cys-764 and Cys-837, which are 59 and 132 amino acids, respectively, from the proposed membrane-spanning domain of gp41. Sequence comparison revealed that one of these residues (Cys-764) is conserved in the cytoplasmic domains of almost all HIV-1 isolates and is located very close to an amphipathic region which has been postulated to bind to the plasma membrane.

Recognition of Membrane-Bound Fusion-Peptide/MPER Complexes by the HIV-1 Neutralizing 2F5 Antibody : Implications for Anti-2F5 Immunogenicity

13 p.

Étude de la sortie du virus herpès simplex de type 1 (HSV 1) hors du noyau

Le virus herpès simplex de type 1 (HSV 1) affecte la majorité de la population mondiale. HSV 1 cause de multiples symptômes délétères dont les plus communs sont les lésions orofaciales usuellement appelées feux sauvages. Le virus peut aussi causer des effets plus sérieux comme la cécité ou des troubles neurologiques. Le virus réside de façon permanente dans le corps de son hôte. Malgré l’existence de nombreux traitements pour atténuer les symptômes causés par HSV 1, aucun médicament ne peut éliminer le virus. Dans le but d’améliorer les connaissances concernant le cycle viral de HSV 1, ce projet cible l’étude du transport du virus dans la cellule hôte. Ce projet aura permis la collecte d’informations concernant le modus operandi de HSV 1 pour sortir des compartiments cellulaires où il séjourne. Les différentes expérimentations ont permis de publier 3 articles dont un article qui a été choisi parmi les meilleurs papiers par les éditeurs de « Journal of Virology » ainsi qu’un 4e article qui a été soumis. Premièrement, un essai in vitro reproduisant la sortie de HSV 1 du noyau a été mis sur pied, via l’isolation de noyaux issus de cellules infectées. Nous avons démontré que tout comme dans les cellules entières, les capsides s’évadent des noyaux isolés dans l’essai in vitro en bourgeonnant avec la membrane nucléaire interne, puis en s’accumulant sous forme de capsides enveloppées entre les deux membranes nucléaires pour finalement être relâchées dans le cytoplasme exclusivement sous une forme non enveloppée. Ces observations appuient le modèle de transport de dé-enveloppement/ré-enveloppement. Deuxièmement, dans le but d’identifier des joueurs clefs viraux impliqués dans la sortie nucléaire du virus, les protéines virales associées aux capsides relâchées par le noyau ont été examinées. La morphologie multicouche du virus HSV 1 comprend un génome d’ADN, une capside, le tégument et une enveloppe. Le tégument est un ensemble de protéines virales qui sont ajoutées séquentiellement sur la particule virale. La séquence d’ajout des téguments de même que les sites intracellulaires où a lieu la tégumentation sont l’objet d’intenses recherches. L’essai in vitro a été utilisé pour étudier cette tégumentation. Les données recueillies suggèrent un processus séquentiel qui implique l’acquisition des protéines UL36, UL37, ICP0, ICP8, UL41, UL42, US3 et possiblement ICP4 sur les capsides relâchées par le noyau. Troisièmement, pour obtenir davantage d’informations concernant la sortie de HSV 1 des compartiments membranaires de la cellule hôte, la sortie de HSV 1 du réseau trans golgien (TGN) a aussi été étudiée. L’étude a révélé l’implication de la protéine kinase D cellulaire (PKD) dans le transport post-TGN de HSV 1. PKD est connue pour réguler le transport de petits cargos et son implication dans le transport de HSV 1 met en lumière l’utilisation d’une machinerie commune pour le transport des petits et gros cargos en aval du TGN. Le TGN n’est donc pas seulement une station de triage, mais est aussi un point de rencontre pour différentes voies de transport intracellulaire. Tous ces résultats contribuent à une meilleure compréhension du processus complexe de maturation du virus HSV 1, ce qui pourrait mener au développement de meilleurs traitements pour combattre le virus. Les données amassées concernant le virus HSV 1 pourraient aussi être appliquées à d’autres virus. En plus de leur pertinence dans le domaine de la virologie, les découvertes issues de ce projet apportent également de nouveaux détails au niveau du transport intracellulaire.