Virus-Host Interaction during Therapy against Hepatitis C Virus

Le virus de l’hépatite C (VHC) est un problème mondial. La majorité des personnes infectées (70-85%) développent une infection chronique qui cause des complications hépatiques. Le seul régime thérapeutique approuvé pour le VHC est l'interféron alpha (IFN-α). Ce traitement a un taux de réussite de 50-80% selon le génotype de virus et le moment de l'initiation de la thérapie. Les facteurs régissant la réponse au traitement ne sont pas bien définis. Des études antérieures ont suggéré un rôle potentiel de la réponse immunitaire de l'hôte au succès de la thérapie, toutefois, ces résultats sont controversés. Nous avons émis l'hypothèse que la réponse immunitaire de l’hôte sera plus efficace chez les patients qui commencent la thérapie tôt pendant la phase aiguë de l'infection. En revanche, la réponse immunitaire sera épuisée lorsque le traitement est initié pendant la phase chronique. L'objectif principal de ce mémoire est d’étudier les facteurs immunologiques qui régissent la réponse à la thérapie, et de déterminer si la contribution de la réponse immunitaire de l'hôte peut être influencée par la période de l'infection. Nos résultats démontrent l'efficacité de la restauration de la réponse immunitaire spécifique au VHC lorsque la thérapie par l'interféron est initiée tôt. Ceci est démontré par le sauvetage des cellules T efficaces spécifiques au VHC efficace similaires à celles observées chez les individus qui ont résolu spontanément, suggérant ainsi qu'elles jouent un rôle actif dans la réponse au traitement. Toutefois, cette réponse n'a pas été restaurée chez les patients traités au cours de la phase chronique. Ces résultats ont des implications importantes dans la compréhension des mécanismes sous-jacents à la réponse aux traitements actuels et au développement des nouvelles thérapies.

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.

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.

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.

Bayesian coalescent analysis reveals a high rate of molecular evolution in GB virus C

GB virus C/hepatitis G (GBV-C) is an RNA virus of the family Flaviviridae. Despite replicating with an RNA-dependent RNA polymerase, some previous estimates of rates of evolutionary change in GBV-C suggest that it fixes mutations at the anomalously low rate of similar to 100(-7) nucleotide substitution per site, per year. However, these estimates were largely based on the assumption that GBV-C and its close relative GBV-A (New World monkey GB viruses) codiverged with their primate hosts over millions of years. Herein, we estimated the substitution rate of GBV-C using the largest set of dated GBV-C isolates compiled to date and a Bayesian coalescent approach that utilizes the year of sampling and so is independent of the assumption of codivergence. This revealed a rate of evolutionary change approximately four orders of magnitude higher than that estimated previously, in the range of 10(-2) to 10(-3) sub/site/year, and hence in line with those previously determined for RNA viruses in general and the Flaviviridae in particular. In addition, we tested the assumption of host-virus codivergence in GBV-A by performing a reconciliation analysis of host and virus phylogenies. Strikingly, we found no statistical evidence for host-virus codivergence in GBV-A, indicating that substitution rates in the GB viruses should not be estimated from host divergence times.

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.

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.

Piezoelectric biosensors for real-time monitoring of hybridization and detection of hepatitis C virus

The piezoelectric quartz crystal resonators modified with oligonucleotide probes were used for detection of hepatitis C virus (HCV) in serum. The gold electrodes on either rough or smooth surface crystals were modified with a self-assembled monolayer of cystamine. After activation with glutaraldehyde, either avidin or streptavidin were immobilized and used for attachment of biotinylated DNA probes (four different sequences). Piezoelectric biosensors were used in a flow-through setup for direct monitoring of DNA resulting from the reverse transcriptase-linked polymerase chain reaction (RT-PCR) amplification of the original viral RNA. The samples of patients with hepatitis C were analyzed and the results were compared with the standard RT-PCR procedure (Amplicor test kit of Roche, microwell format with spectrophotometric evaluation). The piezoelectric hybridization assay was completed in 10 min and the same sensing surface was suitable for repeated use. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Immobilization of streptavidin in sol-gel films: Application on the diagnosis of hepatitis C virus

Recent advances have accelerated the development of biosensors for the analysis of specific gene sequences. In this kind of biosensor, a DNA probe is immobilized on a transducer and the hybridization with the target DNA is monitored by suitable methodology. In the present work, the streptavidin (STA) was encapsulated in thin films siloxane-poly(propylene oxide) hybrids prepared by sol-gel method and deposited on the graphite electrode surface by dip-coating process. Biotinylated 18-mer probes were immobilized through STA and a novel amperometric DNA biosensor for the detection and genotyping of the hepatitis C virus (genotypes 1, 2A/C, 2B and 3) is described. The HCV RNA from serum was submitted to reverse transcriptase-linked polymerase chain reaction (RT-PCR) and biotin-labeled cDNA was obtained. Thus, the cDNA was hybridized to the target-specific oligonucleotide probe immobilized on the graphite electrode surface and following the avidin-peroxidase conjugate was added. The enzymatic response was investigated by constant potential amperometry at -0.45 V versus Ag/AgCl using H2O2 and KI solutions. HCV RNA negative and positive controls and positive samples of sera patients were analyzed and the results were compared to commercial kit. The proposed methodology appeared to be suitable and convenient tool for streptavidin immobilization and diagnose of HCV disease. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.