Correlates of protective immunity against hepatitis C virus

Le virus de l’hépatite C (VHC) infecte ~185 millions d’individus dans le monde. Malgré le développement des nouvelles thérapies dirigées contre le VHC, on compte deux millions de nouvelles infections chaque année, en particulier dans les pays sous-développés et les populations marginalisées. Comme pour la plupart des virus à infection chronique, le développement d’un vaccin prophylactique efficace est limité par le manque de caractérisation des déterminants de la mémoire immunitaire protectrice lors des épisodes de réinfection naturelle chez les êtres humains. Le VHC représente un modèle unique au sein des virus à infection chronique pour étudier l’immunité protectrice. En effet ~30% des patients infectés par le VHC peuvent être guéris suite à un premier épisode d’infection spontanément. Dans cette thèse, nous avons étudié l’immunité protectrice contre le VHC dans une cohorte d’utilisateurs de drogues par injection qui sont à risque d’être infectés ou réinfectés. Notre hypothèse est que la majorité des patients qui ont résolu une première infection par le VHC sont protégés contre le développement d’une infection chronique s’ils sont réexposés. Cette immunité protectrice est associée à la présence des cellules T CD4 et CD8 polyfonctionnelles qui possèdent des fréquences, magnitudes et avidités élevées. La capacité protectrice des cellules T mémoire contre les séquences variables du VHC est dépendante de la diversité et flexibilité du répertoire de leurs récepteurs de cellules T (TCR), qui reconnaissent les séquences variables des épitopes ciblés. Notre premier objectif était de définir et détailler les déterminants de l’immunité protectrice conférée par les cellules T spécifiques du VHC. Nos résultats ont montré que la protection pendant l’épisode de réinfection était associée à une augmentation de la magnitude et du spectre des réponses spécifiques par les cellules T CD4 et CD8 polyfonctionnelles, ainsi que par l’apparition d’une population de cellules T tétramère+ CD8+ effectrices qui expriment faiblement le marqueur CD127 (CD127lo) lors du pic de la réponse. Chez les patients qui ont développé une infection chronique pendant l’épisode de réinfection, nous avons observé une expansion très limitée des cellules T CD4 et CD8. Le séquençage des épitopes ciblés par les cellules T CD8 chez ces patients qui sont non-protégés a montré que les séquences de ces épitopes sont différentes des séquences de référence qui étaient utilisées pour tous les essais immunologiques de cette étude. Le deuxième objectif était d’analyser la dynamique du répertoire des TCRs des cellules T CD8 spécifiques chez les patients protégés versus les patients non-protégés. Nos résultats ont montré que le répertoire des cellules T CD8 spécifiques est plus focalisé que chez les patients protégés. En plus, nous avons observé que les clonotypes qui forment le répertoire chez les patients protégés sont distincts de ceux chez les patients non-protégés. Ces clonotypes chez les patients protégés ont montré de plus grandes avidité et polyfonctionnalité que leurs homologues chez les patients non-protégés. En conclusion, nos résultats suggèrent que la protection contre le développement d’une infection chronique pendant l’épisode de réinfection par le VHC est associée à une augmentation de la magnitude, du spectre et de la fonctionnalité des réponses des cellules T spécifiques, ainsi qu’à un répertoire des TCRs plus focalisé composé des clonotypes distincts qui possèdent de plus grandes avidité et polyfonctionnalité que chez les patients non-protégés. L’homologie des séquences des souches virales entre les différents épisodes de l’infection est un déterminant majeur de l’établissement d’une protection efficace. Ces résultats ont donc des implications très importantes pour le développement d’un vaccin prophylactique contre le VHC et d’autres virus à infection chronique.

Recognition of hepatitis C virus RNA by toll like receptors 7 and 8 : implications for the initiation of innate immune response

Le virus de l’hépatite C (VHC) est un virus à ARN simple brin positif (ssARN) qui se replique dans le foie. Deux cents millions de personnes sont infectées par le virus dans le monde et environ 80% d’entre elles progresseront vers un stade chronique de l’infection. Les thérapies anti-virales actuelles comme l’interféron (IFN) ou la ribavirin sont de plus en plus utilisées mais ne sont efficaces que dans la moitié des individus traités et sont souvent accompagnées d’une toxicité ou d’effets secondaires indésirables. Le système immunitaire inné est essentiel au contrôle des infections virales. Les réponses immunitaires innées sont activées suite à la reconnaissance par les Pathogen Recognition Receptors (PRRs), de motifs macromoléculaires dérivés du virus appelés Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs). Bien que l'activation du système immunitaire par l'ARN ou les protéines du VHC ait été largement étudiée, très peu de choses sont actuellement connues concernant la détection du virus par le système immunitaire inné. Et même si l’on peut très rapidement déceler des réponses immunes in vivo après infection par le VHC, l’augmentation progressive et continue de la charge virale met en évidence une incapacité du système immunitaire à contrôler l’infection virale. Une meilleure compréhension des mécanismes d’activation du système immunitaire par le VHC semble, par conséquent, essentielle au développement de stratégies antivirales plus efficaces. Dans le présent travail nous montrons, dans un modèle de cellule primaire, que le génome ARN du VHC contient des séquences riches en GU capables de stimuler spécifiquement les récepteurs de type Toll (TLR) 7 et 8. Cette stimulation a pour conséquence la maturation des cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDCs), le production d’interféron de type I (IFN) ainsi que l’induction de chémokines et cytokines inflammatoires par les différentes types de cellules présentatrices d’antigènes (APCs). Les cytokines produites après stimulation de monocytes ou de pDCs par ces séquences ssARN virales, inhibent la production du virus de façon dépendante de l’IFN. En revanche, les cytokines produites après stimulation de cellules dendritiques myéloïdes (mDCs) ou de macrophages par ces mêmes séquences n’ont pas d’effet inhibiteur sur la production virale car les séquences ssARN virales n’induisent pas la production d’IFN par ces cellules. Les cytokines produites après stimulation des TLR 7/8 ont également pour effet de diminuer, de façon indépendante de l’IFN, l’expression du récepteur au VHC (CD81) sur la lignée cellulaire Huh7.5, ce qui pourrait avoir pour conséquence de restreindre l’infection par le VHC. Quoiqu’il en soit, même si les récepteurs au VHC comme le CD81 sont largement exprimés à la surface de différentes sous populations lymphocytaires, les DCs et les monocytes ne répondent pas aux VHC, Nos résultats indiquent que seuls les macrophages sont capables de reconnaître le VHC et de produire des cytokines inflammatoires en réponse à ce dernier. La reconnaissance du VHC par les macrophages est liée à l’expression membranaire de DC-SIGN et l’engagement des TLR 7/8 qui en résulte. Comme d’autres agonistes du TLR 7/8, le VHC stimule la production de cytokines inflammatoires (TNF-α, IL-8, IL-6 et IL-1b) mais n’induit pas la production d’interféron-beta par les macrophages. De manière attendue, la production de cytokines par des macrophages stimulés par les ligands du TLR 7/8 ou les séquences ssARN virales n’inhibent pas la réplication virale. Nos résultats mettent en évidence la capacité des séquences ssARN dérivées du VHC à stimuler les TLR 7/8 dans différentes populations de DC et à initier une réponse immunitaire innée qui aboutit à la suppression de la réplication virale de façon dépendante de l’IFN. Quoiqu’il en soit, le VHC est capable d’échapper à sa reconnaissance par les monocytes et les DCs qui ont le potentiel pour produire de l’IFN et inhiber la réplication virale après engagement des TLR 7/8. Les macrophages possèdent quant à eux la capacité de reconnaître le VHC grâce en partie à l’expression de DC-SIGN à leur surface, mais n’inhibent pas la réplication du virus car ils ne produisent pas d’IFN. L’échappement du VHC aux défenses antivirales pourrait ainsi expliquer l’échec du système immunitaire inné à contrôler l’infection par le VHC. De plus, la production de cytokines inflammatoires observée après stimulation in vitro des macrophages par le VHC suggère leur potentielle contribution dans l’inflammation que l’on retrouve chez les individus infectés par le VHC.

Contribution of redox status to hepatitis C virus E2 envelope protein function and antigenicity

Disulfide bonding contributes to the function and antigenicity of many viral envelope glycoproteins. We assessed here its significance for the hepatitis C virus E2 envelope protein and a counterpart deleted for hypervariable region-1 (HVR1). All 18 cysteine residues of the antigens were involved in disulfides. Chemical reduction of up to half of these disulfides was compatible with anti-E2 monoclonal antibody reaction, CD81 receptor binding, and viral entry, whereas complete reduction abrogated these properties. The addition of 5,5'-dithiobis-2-nitrobenzoic acid had no effect on viral entry. Thus, E2 function is only weakly dependent on its redox status, and cell entry does not require redox catalysts, in contrast to a number of enveloped viruses. Because E2 is a major neutralizing antibody target, we examined the effect of disulfide bonding on E2 antigenicity. We show that reduction of three disulfides, as well as deletion of HVR1, improved antibody binding for half of the patient sera tested, whereas it had no effect on the remainder. Small scale immunization of mice with reduced E2 antigens greatly improved serum reactivity with reduced forms of E2 when compared with immunization using native E2, whereas deletion of HVR1 only marginally affected the ability of the serum to bind the redox intermediates. Immunization with reduced E2 also showed an improved neutralizing antibody response, suggesting that potential epitopes are masked on the disulfide-bonded antigen and that mild reduction may increase the breadth of the antibody response. Although E2 function is surprisingly independent of its redox status, its disulfide bonds mask antigenic domains. E2 redox manipulation may contribute to improved vaccine design.

Broadly neutralizing antibodies protect against hepatitis C virus quasispecies challenge

A major problem in hepatitis C virus (HCV) immunotherapy or vaccine design is the extreme variability of the virus. We identified human monoclonal antibodies (mAbs) that neutralize genetically diverse HCV isolates and protect against heterologous HCV quasispecies challenge in a human liver-chimeric mouse model. The results provide evidence that broadly neutralizing antibodies to HCV protect against heterologous viral infection and suggest that a prophylactic vaccine against HCV may be achievable.

Hepatitis C virus NS5A protein binds the SH3 domain of the Fyn tyrosine kinase with high affinity: mutagenic analysis of residues within the SH3 domain that contribute to the interaction

Background: The hepatitis C virus (HCV) non-structural 5A protein (NS5A) contains a highly conserved C-terminal polyproline motif with the consensus sequence Pro-X-X- Pro-X-Arg that is able to interact with the Src-homology 3 (SH3) domains of a variety of cellular proteins. Results: To understand this interaction in more detail we have expressed two N-terminally truncated forms of NS5A in E. coli and examined their interactions with the SH3 domain of the Src-family tyrosine kinase, Fyn. Surface plasmon resonance analysis revealed that NS5A binds to the Fyn SH3 domain with what can be considered a high affinity SH3 domain-ligand interaction (629 nM), and this binding did not require the presence of domain I of NS5A (amino acid residues 32-250). Mutagenic analysis of the Fyn SH3 domain demonstrated the requirement for an acidic cluster at the C-terminus of the RT-Src loop of the SH3 domain, as well as several highly conserved residues previously shown to participate in SH3 domain peptide binding. Conclusion: We conclude that the NS5A: Fyn SH3 domain interaction occurs via a canonical SH3 domain binding site and the high affinity of the interaction suggests that NS5A would be able to compete with cognate Fyn ligands within the infected cell.

A conserved basic loop in hepatitis C virus p7 protein is required for amantadine-sensitive ion channel activity in mammalian cells but is dispensable for localization to mitochondria

We previously identified the function of the hepatitis C virus (HCV) p7 protein as an ion channel in artificial lipid bilayers and demonstrated that this in vitro activity is inhibited by amantadine. Here we show that the ion channel activity of HCV p7 expressed in mammalian cells can substitute for that of influenza virus M2 in a cell-based assay. This was also the case for the p7 from the related virus, bovine viral diarrhoea virus (BVDV). Moreover, amantadine was shown to abrogate HCV p7 function in this assay at a concentration that specifically inhibits M2. Mutation of a conserved basic loop located between the two predicted trans-membrane alpha helices rendered HCV p7 non-functional as an ion channel. The intracellular localization of p7 was unaffected by this mutation and was found to overlap significantly with membranes associated with mitochondria. Demonstration of p7 ion channel activity in cellular membranes and its inhibition by amantadine affirm the protein as a target for future anti-viral chemotherapy.

Enhanced hepatitis C virus genome replication and lipid accumulation mediated by inhibition of AMP-activated protein kinase

Hepatitis C virus (HCV) infection is associated with dysregulation of both lipid and glucose metabolism. As well as contributing to viral replication, these perturbations influence the pathogenesis associated with the virus, including steatosis, insulin resistance, and type 2 diabetes. AMP-activated protein kinase (AMPK) plays a key role in regulation of both lipid and glucose metabolism. We show here that, in cells either infected with HCV or harboring an HCV subgenomic replicon, phosphorylation of AMPK at threonine 172 and concomitant AMPK activity are dramatically reduced. We demonstrate that this effect is mediated by activation of the serine/threonine kinase, protein kinase B, which inhibits AMPK by phosphorylating serine 485. The physiological significance of this inhibition is demonstrated by the observation that pharmacological restoration of AMPK activity not only abrogates the lipid accumulation observed in virus-infected and subgenomic replicon-harboring cells but also efficiently inhibits viral replication. These data demonstrate that inhibition of AMPK is required for HCV replication and that the restoration of AMPK activity may present a target for much needed anti-HCV therapies.

Suppression of a pro-apoptotic K+ channel as a mechanism for hepatitis C virus persistence

An estimated 3% of the global population are infected with hepatitis C virus (HCV), and the majority of these individuals will develop chronic liver disease. As with other chronic viruses, establishment of persistent infection requires that HCV-infected cells must be refractory to a range of pro-apoptotic stimuli. In response to oxidative stress, amplification of an outward K(+) current mediated by the Kv2.1 channel, precedes the onset of apoptosis. We show here that in human hepatoma cells either infected with HCV or harboring an HCV subgenomic replicon, oxidative stress failed to initiate apoptosis via Kv2.1. The HCV NS5A protein mediated this effect by inhibiting oxidative stress-induced p38 MAPK phosphorylation of Kv2.1. The inhibition of a host cell K(+) channel by a viral protein is a hitherto undescribed viral anti-apoptotic mechanism and represents a potential target for antiviral therapy.

Hepatitis C virus NS5A inhibits mixed lineage kinase 3 to block apoptosis

Hepatitis C virus (HCV) infection results in the activation of numerous stress responses including oxidative stress, with the potential to induce an apoptotic state. Previously we have shown that HCV attenuates the stress-induced, p38MAPK-mediated up-regulation of the K+ channel Kv2.1, to maintain the survival of infected cells in the face of cellular stress. We demonstrated that this effect was mediated by HCV non-structural 5A (NS5A) protein, which impaired p38MAPK activity through a polyproline motif dependent interaction, resulting in reduction of phosphorylation activation of Kv2.1. In this study, we investigated the host cell proteins targeted by NS5A in order to mediate Kv2.1 inhibition. We screened a phage-display library expressing the entire complement of human SH3 domains for novel NS5A-host cell interactions. This analysis identified mixed lineage kinase 3 (MLK3) as a putative NS5A interacting partner. MLK3 is a serine/threonine protein kinase that is a member of the MAPK kinase kinase (MAP3K) family and activates p38MAPK. An NS5A-MLK3 interaction was confirmed by co-immunoprecipitation and western blot analysis. We further demonstrate a novel role of MLK3 in the modulation of Kv2.1 activity, whereby MLK3 overexpression leads to the up-regulation of channel activity. Accordingly, coexpression of NS5A suppressed this stimulation. Additionally we demonstrate that overexpression of MLK3 induced apoptosis which was also counteracted by NS5A. We conclude that NS5A targets MLK3 with multiple downstream consequences for both apoptosis and K+ homeostasis.

Sequence and Structural Analysis of the 5 ` Noncoding Region of Hepatitis C Virus in Patients With Chronic Infection

Hepatitis C virus (HCV), exhibits considerable genetic diversity, but presents a relatively well conserved 5 ` noncoding region (5 ` NCR) among all genotypes. In this study, the structural features and translational efficiency of the HCV 5 ` NCR sequences were analyzed using the programs RNAfold, RNAshapes and RNApdist and with a bicistronic dual luciferase expression system, respectively. RNA structure prediction software indicated that base substitutions will alter potentially the 5 ` NCR structure. The heterogeneous sequence observed on 5 ` NCR led to important changes in their translation efficiency in different cell culture lines. Interactions of the viral RNA with cellular transacting factors may vary according to the cell type and viral genome polymorphisms that may result in the translational efficiency observed. J. Med. Virol. 81: 1212-1219, 2009. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

Influence of hepatitis G virus (GB virus C) on the prognosis of HIV-infected women

This study was undertaken to evaluate the prevalence of GB virus C (GBV-C) viraemia and anti-E2 antibody, and to assess the effect of co-infection with GBV-C and HIV during a 10-year follow-up of a cohort of 248 HIV-infected women. Laboratory variables (mean and median CD4 counts, and HIV and GBV-C viral loads) and clinical parameters were investigated. At baseline, 115 women had past exposure to GBV-C: 57 (23%) were GBV-C RNA positive and 58 (23%) were anti-E2 positive. There was no statistical difference between the groups (GBV-C RNA + /anti-E2 -, GBV-C RNA - /anti-E2 + and GBV-C RNA - /anti-E2 -) regarding baseline CD4 counts or HIV viral loads (P = 0.360 and 0.713, respectively). Relative risk of death for the GBV-C RNA + /anti-E2 - group was 63% lower than that for the GBV-C RNA - /anti-E2 - group. Multivariate analysis demonstrated that only HIV loads >= 100,000 copies/mL and AIDS-defining illness during follow-up were associated with shorter survival after AIDS development. It is likely that antiretroviral therapy (ART) use in our cohort blurred a putative protective effect related to the presence of GBV-C RNA.

Transgenic lettuce seedlings carrying hepatitis B virus antigen HBsAg

The obtainment of transgenic edible plants carrying recombinant antigens is a desired issue in search for economic alternatives viewing vaccine production. Here we report a strategy for genetic transformation of lettuce plants (Lactuca sativa L.) using the surface antigen HBsAg of hepatitis B virus. Transgenic lettuce seedlings were obtained through the application of a regulated balance of plant growth regulators. Genetic transformation process was acquired by cocultivation of cotyledons with Agrobacterium tumefaciens harboring the recombinant plasmid. It is the first description of a lettuce Brazilian variety Vitória de Verão genetically modified.

Upregulation of soluble and membrane-bound human leukocyte antigen G expression is primarily observed in the milder histopathological stages of chronic hepatitis C virus infection

Chronic hepatitis C virus (HCV) infection is a worldwide health problem that may evolve to cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Incompletely understood immune system mechanisms have been associated with impaired viral clearance. The nonclassical class I human leukocyte antigen G (HLA-G) molecule may downregulate immune system cell functions exhibiting well-recognized tolerogenic properties. HCV genotype was analyzed in chronic HCV-infected patients. Because HLA-G expression may be induced by certain viruses, we evaluated the presence of HLA-G in the liver microenvironment obtained from 89 biopsies of patients harboring chronic HCV infection and stratified according to clinical and histopathological features. Overall, data indicated that HCV genotype 1 was predominant, especially subgenotype 1a, with a prevalence of 87%. HLA-G expression was observed in 45(51%) liver specimens, and it was more frequent in milder stages of chronic hepatitis (67.4%) than in moderate (27.8%; p = 0.009) and severe (36.0%; p = 0.021) stages of the disease. Altogether, these results suggest that the expression of HLA-G in the context of HCV is a complex process modulated by many factors, which may contribute to an immunologic environment favoring viral persistence. However, because the milder forms predominantly expressed HLA-G, a protective role of this molecule may not be excluded. (C) 2012 American Society for Histocompatibility and Immunogenetics. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.