HIV-1 subtypes among intravenous drug users from two neighboring cities in São Paulo State, Brazil

In order to assess the molecular epidemiology of HIV-1 in two neighboring cities located near the epicenter of the HIV-1 epidemics in Brazil (Santos and São Paulo), we investigated 83 HIV-1 strains obtained from samples collected in 1995 from intravenous drug users. The V3 through V5 region of the envelope of gp 120 was analyzed by heteroduplex mobility analysis. Of the 95 samples, 12 (12.6%) were PCR negative (6 samples from each group); low DNA concentration was the reason for non-amplification in half of these cases. Of the 42 typed cases from São Paulo, 34 (81%, 95% confidence limits 74.9 to 87.0%) were B and 8 (19%, 95% confidence limits 12.9 to 25.0%) were F, whereas of the 41 typed cases from Santos, 39 (95%, 95% confidence limits 91.6 to 98.4%) were B and 2 (5%, 95% confidence limits 1.6 to 8.4%) were C. We therefore confirm the relationship between clade F and intravenous drug use in São Paulo, and the presence of clade C in Santos. The fact that different genetic subtypes of HIV-1 are co-circulating indicates a need for continuous surveillance for these subtypes as well as for recombinant viruses in Brazil.

Serotyping HIV-1 with V3 peptides: detection of high avidity antibodies presenting clade-specific reactivity

The main objective of the present study was to assess the specificity and sensitivity of a modified assay using short synthetic peptides of the V3 region of HIV-1 gp120, which is the main target for neutralizing antibodies. Results from an enzyme immunoassay (EIA) employing a panel of synthetic peptides of HIV-1 subtypes and using urea washes to detect high avidity antibodies (AAV3) were compared with those obtained by the heteroduplex mobility assay and DNA sequencing. The EIA correctly typed 100% of subtype B (sensitivity = 1.0; specificity = 0.95), 100% of HIV-1 E samples (sensitivity = 1.0; specificity = 1.0), and 95% of subtype C specimens (sensitivity = 0.95; specificity = 0.94). In contrast, only 50% of subtype A (sensitivity = 0.5; specificity = 0.95), 60% of subtype D (sensitivity = 0.6; specificity = 1.0), and 28% of subtype F samples (sensitivity = 0.28; specificity = 0.95) were correctly identified. This approach was also able to discriminate in a few samples antibodies from patients infected with B variants circulating in Brazil and Thailand that reacted specifically. The assays described in this study are relatively rapid and simple to perform compared to molecular approaches and can be used to screen large numbers of serum or plasma samples. Moreover, the classification in subtypes (genotypes) may overestimate HIV-1 diversity and a classification into serotypes, based on antigenic V3 diversity or another principal neutralization domain, may be more helpful for vaccine development and identification of variants.

CCR5 genotype and plasma ß-chemokine concentration of Brazilian HIV-infected individuals

The 32-bp deletion in the HIV-1 co-receptor CCR5 confers a high degree of resistance to HIV-1 infection in homozygous individuals for the deleted allele and partial protection against HIV-1 during disease progression in heterozygotes. Natural ligands for CCR5, MIP-1alpha, MIP-1ß and RANTES, have been shown to inhibit HIV replication in CD4+ T cells. In the present study, we examined the CCR5 genotype by PCR and the plasma levels of RANTES and MIP-1alpha by ELISA among blood donors (N = 26) and among HIV-1-infected individuals (N = 129). The control group consisted of healthy adult volunteers and HIV-1-infected subjects were an asymptomatic and heterogeneous group of individuals with regard to immunologic and virologic markers of HIV-1 disease. The frequency of the CCR5 mutant allele (delta32ccr5) in this population was 0.032; however, no delta32ccr5 homozygote was detected. These results could be related to the intense ethnic admixture of the Brazilian population. There was no correlation between circulating ß-chemokines (MIP-1alpha, RANTES) and viral load in HIV-infected individuals. RANTES concentrations in plasma samples from HIV+ patients carrying the homozygous CCR5 allele (CCR5/CCR5) (28.23 ng/ml) were higher than in the control samples (16.07 ng/ml; P<0.05); however, this HIV+ patient group (mean 26.23 pg/ml) had significantly lower concentrations of MIP-1alpha than those observed in control samples (mean 31.20 pg/ml; P<0.05). Both HIV-1-infected and uninfected individuals heterozygous for the delta32ccr5 allele had significantly lower concentrations of circulating RANTES (mean 16.07 and 6.11 ng/ml, respectively) than CCR5/CCR5 individuals (mean 28.23 and 16.07 ng/ml, respectively; P<0.05). These findings suggest that the CCR5 allele and ß-chemokine production may affect the immunopathogenesis of HIV-1.

Prediction of exposed domains of envelope glycoprotein in Indian HIV-1 isolates and experimental confirmation of their immunogenicity in humans

We describe the impact of subtype differences on the seroreactivity of linear antigenic epitopes in envelope glycoprotein of HIV-1 isolates from different geographical locations. By computer analysis, we predicted potential antigenic sites of envelope glycoprotein (gp120 and gp4l) of this virus. For this purpose, after fetching sequences of proteins of interest from data banks, values of hydrophilicity, flexibility, accessibility, inverted hydrophobicity, and secondary structure were considered. We identified several potential antigenic epitopes in a B subtype strain of envelope glycoprotein of HIV-1 (IIIB). Solid- phase peptide synthesis methods of Merrifield and Fmoc chemistry were used for synthesizing peptides. These synthetic peptides corresponded mainly to the C2, V3 and CD4 binding sites of gp120 and some parts of the ectodomain of gp41. The reactivity of these peptides was tested by ELISA against different HIV-1-positive sera from different locations in India. For two of these predicted epitopes, the corresponding Indian consensus sequences (LAIERYLKQQLLGWG and DIIGDIRQAHCNISEDKWNET) (subtype C) were also synthesized and their reactivity was tested by ELISA. These peptides also distinguished HIV-1-positive sera of Indians with C subtype infections from sera from HIV-negative subjects.

The role of IFN-gamma and IL-4 in gastric mucosa inflammation associated with Helicobacter heilmannii type 1 infection

Although Helicobacter heilmannii infection is less common than H. pylori infection in humans, it is considered to be of medical importance because of its association with gastritis, gastric ulcer, carcinoma, and mucosa-associated lymphoid tissue lymphoma of the stomach. However, there have been no studies evaluating the role of the Th cell response in H. heilmannii gastric infection. We evaluated the participation of pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokines, IFN-gamma and IL-4, in H. heilmannii gastric infection in genetically IFN-gamma- or IL-4-deficient mice. The serum IFN-gamma and IL-4 concentrations were determined by ELISA. The gastric polymorphonuclear infiltrate was higher (P = 0.007) in H. heilmannii-positive than in H. heilmannii-negative wild-type (WT) C57BL/6 mice, whereas no significant inflammation was demonstrable in the stomach of H. heilmannii-positive IFN-gamma-/- C57BL/6 mice. The degree of gastric inflammatory cells, especially in oxyntic mucosa, was also higher (P = 0.007) in infected IL-4-/- than in WT BALB/c mice. Serum IFN-gamma levels were significantly higher in IL-4-/- than in WT BALB/c mice, independently of H. heilmannii-positive or -negative status. Although no difference in serum IFN-gamma levels was seen between H. heilmannii-positive (11.3 ± 3.07 pg/mL, mean ± SD) and -negative (11.07 ± 3.5 pg/mL) WT BALB/c mice, in the group of IL-4-/- animals, the serum concentration of IFN-g was significantly higher in the infected ones (38.16 ± 10.5 pg/mL, P = 0.04). In contrast, serum IL-4 levels were significantly decreased in H. heilmannii-positive (N = 10) WT BALB/c animals compared to the negative (N = 10) animals. In conclusion, H. heilmannii infection induces a predominantly Th1 immune response, with IFN-gamma playing a central role in gastric inflammation.

Techniques used to identify the Brazilian variant of HIV-1 subtype B

The purpose of the present study was to compare the sensitivity and specificity of V3 enzyme immunoassay (solid phase EIA and EIA inhibition) and restriction fragment length polymorphism (RFLP) with the DNA sequencing "gold standard" to identify the Brazilian HIV-1 variants of subtype B and B"-GWGR. Peripheral blood mononuclear cells were collected from 61 HIV-1-infected individuals attending a clinic in São Paulo. Proviral DNA was amplified and sequentially cleaved with the Fok I restriction enzyme. Plasma samples were submitted to a V3-loop biotinylated synthetic peptide EIA. Direct partial DNA sequencing of the env gene was performed on all samples. Based on EIA results, the sensitivity for detecting B-GPGR was 70%, compared to 64% for the Brazilian variant B"-GWGR while, the specificity of B-GPGR detection was 85%, compared to 88% for GWGR. The assessment of RFLP revealed 68% sensitivity and 94% specificity for the B-GPGR strain compared to 84 and 90% for the B"-GWGR variant. Moreover, direct DNA sequencing was able to detect different base sequences corresponding to amino acid sequences at the tip of the V3 loop in 22 patients. These results show a similar performance of V3 serology and RLFP in identifying the Brazilian variant GWGR. However, V3 peptide serology may give indeterminate results. Therefore, we suggest that V3 serology be used instead of DNA sequencing where resources are limited. Samples giving indeterminate results by V3 peptide serology should be analyzed by direct DNA sequencing to distinguish between B-GPGR and the Brazilian variant B"-GWGR.

Imbalance of naive and memory T lymphocytes with sustained high cellular activation during the first year of life from uninfected children born to HIV-1-infected mothers on HAART

The immune consequences of in utero HIV exposure to uninfected children whose mothers were submitted to highly active antiretroviral therapy (HAART) during gestation are not well defined. We evaluated 45 HIV-exposed uninfected (ENI) neonates and 45 healthy unexposed control (CT) neonates. All HIV-infected mothers received HAART during pregnancy, and the viral load at delivery was <50 copies/mL for 56.8%. Twenty-three ENI neonates were further evaluated after 12 months and compared to 23 unexposed healthy age-matched infants. Immunophenotyping was performed by flow cytometry in cord and peripheral blood. Cord blood lymphocyte numbers did not differ between groups. However, ENI neonates had a lower percentage of naive T cells than CT neonates (CD4+, 76.6 vs 83.1%, P < 0.001; CD8+, 70.9 vs 79.6%, P = 0.003) and higher percentages of central memory T cells than CT neonates (CD4+, 13.9 vs 8.7%, P < 0.001; CD8+, 8.6 vs 4.8%, P = 0.001). CD38 mean fluorescence intensity of T cells was higher in ENI neonates (CD4+, 62.2 vs 52.1, P = 0.007; CD8+, 47.7 vs 35.3, P < 0.001). At 12 months, ENI infants still had higher mean fluorescence intensity of CD38 on T cells (CD4+, 34.2 vs 23.3, P < 0.001; CD8+, 26.8 vs 19.4, P = 0.035). Despite effective maternal virologic control at delivery, HIV-exposed uninfected children were born with lower levels of naive T cells. Immune activation was present at birth and remained until at least 12 months of age, suggesting that in utero exposure to HIV causes subtle immune abnormalities.

Clinical and immunological features of patients with atopy and concomitant HTLV-1 infection

Human T-cell lymphotropic virus type 1 (HTLV-1) induces an exacerbated type 1 immune response characterized by high spontaneous IFN-γ and TNF-α production. Allergic rhinitis and asthma are associated with the type 2 immune response, with elevated secretion of IL-4 and IL-5. The aim of this study was to characterize the immune response in atopic HTLV-1 carriers. The cytokine profile of atopic HTLV-1 carriers (N = 10; all females) was compared with that of non-atopic HTLV-1 carriers (N = 14; 9 females and 5 males). Mean patient age of atopic and non-atopic groups was 45 ± 8 and 38 ± 11 years, respectively. All atopic HTLV-1 carriers had rhinitis with or without asthma and a skin prick test positive for Dermatophagoides pteronyssinus antigen 1 (Derp-1). There was no difference in cytokine levels between the two groups in unstimulated peripheral blood mononuclear cell cultures. In cultures stimulated with Derp-1, IFN-γ levels tended to be higher (P = 0.06) and IL-5 levels were higher (P = 0.02) in atopic HTLV-1 patients than in non-atopic subjects. In contrast, IL-10 was lower (P = 0.004) in atopic than in non-atopic HTLV-1-infected subjects. This study shows that HTLV-1 infection with an exaggerated type 1 immune response does not prevent atopy. In this case, the exacerbated type 1 and type 2 immune responses were due to a lack of IL-10 production, a cytokine that plays an important role in down-modulating type 1 and type 2 immune responses and in preventing the development of chronic inflammatory diseases.

Analysis of HIV-1 Vpr determinants responsible for cell growth arrest in Saccharomyces cerevisiae

Affiliation: Département de microbiologie et immunologie, Faculté de médecine, Université de Montréal

Manipulation of the ubiquitin-proteasome system by HIV-1 : role of the accessory protein Vpr

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), l’agent étiologique du SIDA, est un rétrovirus complexe arborant plusieurs protéines accessoires : Nef, Vif, Vpr, et Vpu. Celles-ci sont impliquées dans la modulation de la réplication virale, dans l’évasion immunitaire et dans la progression de la pathogenèse du SIDA. Dans ce contexte, il a été démontré que la protéine virale R (Vpr) induit un arrêt de cycle cellulaire en phase G2. Le mécanisme par lequel Vpr exerce cette fonction est l’activation, ATR (Ataxia telangiectasia and Rad3 related)-dépendante, du point de contrôle de dommage à l’ADN, mais les facteurs et mécanismes moléculaires directement impliqués dans cette activité demeurent inconnus. Afin d’identifier de nouveaux facteurs cellulaires interagissant avec Vpr, nous avons utilisé une purification d’affinité en tandem (TAP) pour isoler des complexes protéiques natifs contenant Vpr. Nous avons découvert que Vpr s’associait avec CRL4A(VprBP), un complexe cellulaire d’E3 ubiquitine ligase, comprenant les protéines Cullin 4A, DDB1 (DNA damage-binding protein 1) et VprBP (Vpr-binding protein). Nos études ont mis en évidence que le recrutement de la E3 ligase par Vpr était nécessaire mais non suffisant pour l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2, suggérant ainsi que des événements additionnels seraient impliqués dans ce processus. À cet égard, nous apportons des preuves directes que Vpr détourne les fonctions de CRL4A(VprBP) pour induire la polyubiquitination de type K48 et la dégradation protéosomale de protéines cellulaires encore inconnues. Ces événements d’ubiquitination induits par Vpr ont été démontrés comme étant nécessaire à l’activation d’ATR. Finalement, nous montrons que Vpr forme des foyers ancrés à la chromatine co-localisant avec VprBP ainsi qu’avec des facteurs impliqués dans la réparation de l’ADN. La formation de ces foyers représente un événement essentiel et précoce dans l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2. Enfin, nous démontrons que Vpr est capable de recruter CRL4A(VprBP) au niveau de la chromatine et nous apportons des preuves indiquant que le substrat inconnu ciblé par Vpr est une protéine associée à la chromatine. Globalement, nos résultats révèlent certains des ménanismes par lesquels Vpr induit des perturbations du cycle cellulaire. En outre, cette étude contribue à notre compréhension de la modulation du système ubiquitine-protéasome par le VIH-1 et son implication fonctionnelle dans la manipulation de l’environnement cellulaire de l’hôte.

Exploration fonctionnelle des réponses cellulaires T CD4+ et CD8+ dans l’infection par le VIH-1

L’infection par le VIH-1 est caractérisée par une déplétion progressive des cellules T CD4+ ainsi que par un dysfonctionnement des cellules T qui, en l’absence de traitements anti-rétroviraux, conduit inéluctablement à la progression de la maladie vers le stade SIDA. Certains des mécanismes impliqués dans ce dysfonctionnement de la réponse cellulaire T ont été élucidés et ont révélé un rôle important de la molécule PD-1 dans l’exhaustion des cellules T en phase chronique de l’infection. En effet, des niveaux élevés de PD-1 ont été associés à une charge virale élevée ainsi qu’à une diminution de la production de cytokines et de la capacité de proliférer des cellules T spécifiques du virus. De plus, bloquer in vitro l’interaction de PD-1 avec son ligand PD-L1 en utilisant un anticorps bloquant rétabli la fonction de ces cellules. De façon intéressante, notre groupe ainsi que d’autres équipes, ont montré que l’expression de PD-1 était non seulement augmentée sur les cellules spécifiques de l’antigène mais aussi sur les cellules T totales. Cependant, peu de choses sont connues quant à l’impact de l’expression de PD-1 sur le renouvellement et la différenciation des cellules T qui expriment PD-1, et ce au cours de l’infection. L’expression de PD-1 n’a notamment pas été étudiée en phase aigue de l’infection. Nous montrons clairement que, aussi bien chez les individus en phase aigue qu’en phase chronique de l’infection, l’expression de PD-1 est augmentée sur toutes les sous-populations T, y compris les cellules naïves. Nous avons également mis en relief une distribution anormale des sous-populations T, ces cellules ayant un phénotype plus différencié, et ce à tous les stades de la maladie. Dans cette thèse, nous discutons le rôle possible de PD-1 dans l’homéostasie des cellules T chez les individus infectés par le VIH-1. En étudiant la transition de la phase aigue à la phase chronique de l’infection, nous avons trouvé que les sous-populations T CD8+ des individus récemment infectés exprimaient moins de PD-1 que celles des individus à un stade plus avancé de la maladie. Ces niveaux plus élevés de PD-1 sur les cellules T CD8+ en phase chronique sont associés à des niveaux réduits de prolifération in vivo – comme mesuré par l’expression de Ki67 – suggérant que l’expression de PD-1 est partiellement impliquée dans cette perte de fonction des cellules T CD8+. De plus, les cellules naïves s’accumulent en fréquence lors de la transition de la phase aigue à la phase chronique de l’infection. Considérant que les cellules naïves expriment déjà des hauts niveaux de PD-1, nous avons émis l’hypothèse que l’activation initiale des cellules T chez les individus chroniquement infectés est affectée. En résumé, nous proposons un modèle où des hauts niveaux d’expression de PD-1 sont associés à (1) un dysfonctionnement de la réponse cellulaire T CD8+ et (2) un défaut d’activation des cellules naïves ce qui contribue non seulement à la progression de la maladie mais aussi ce qui va limiter l’efficacité de potentiels vaccins dans l’infection par le VIH-1 en empêchant toute nouvelle réponse d’être initiée. Afin de mieux disséquer la réponse immunitaire mise en place lors d’une infection comme celle du VIH-1, nous avons développé un outil qui permet de détecter les cellules T CD4+ i.e. des tétramères de CMH de classe II. Ces réactifs ont pour but d’augmenter l’avidité du CMH de classe II pour son ligand et donc de détecter des TCR de faible affinité. Dans cette thèse, nous décrivons une méthode originale et efficace pour produire diverses molécules de HLA-DR liant de façon covalente le peptide antigénique. Mieux déterminer les mécanismes responsables de l’exhaustion des cellules T dans l’infection par le VIH-1 et de la progression de la maladie, ainsi que développer des outils de pointe pour suivre ces réponses T, est central à une meilleure compréhension de l’interaction entre le virus et le système immunitaire de l’hôte, et permettra ainsi le développement de stratégies pertinentes pour lutter contre l’infection par le VIH-1.

Études sur la dérégulation des cytokines et des cellules Natural Killer chez les patients infectés par le VIH-1

La prolifération, la différenciation ainsi que les fonctions des cellules du système immunitaire sont contrôlées en partie par les cytokines. Lors de l’infection par le VIH-1, les défauts observés dans les fonctions, la maintenance, ainsi que la consistance des cellules du système immunitaire sont en large partie attribués à une production altérée des cytokines et à un manque d’efficacité au niveau de leurs effets biologiques. Durant ces études, nous nous sommes intéréssés à la régulation et aux fonctions de deux cytokines qui sont l’IL-18 et l’IL-21. Nous avons observé une corrélation inversée significative entre les concentrations sériques d’IL-18 et le nombre des cellules NK chez les patients infectés par le VIH-1. Nos expériences in vitro ont démontré que cette cytokine induit l’apoptose des cellules NK primaires et que cette mort peut être inhibée par des anticorps neutralisants spécifiques pour FasL et TNF-α. Cette mort cellulaire est due à l’expression de FasL sur les cellules NK et à la production de TNF-α par ces cellules. L’IL-18 augmente aussi la susceptibilité à la mort des cellules NK par un stimulus pro-apoptotique, en diminuant l’expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-XL. Nous démontrons aussi que, contrairement à l’IL-18, les niveaux d’IL-18BP sont plus faibles dans les sérum de patients infectés. Ceci résulte sur une production non coordonnée de ces deux facteurs, aboutissant à des niveaux élevés d’IL-18 libre et biologiquement active chez les patients infectés. L’infection de macrophages in vitro induit la production d’IL-18 et réduit celle d’IL-18BP. De plus, l’IL-10 et le TGF-β, dont les concentrations sont élevées chez les patients infectés, réduisent la production d’IL-18BP par les macrophages in vitro. Finalement, nous démontrons que l’IL-18 augmente la réplication du VIH-1 dans les lymphocytes T CD4+ infectés. Les niveaux élevés d’IL-18 libres et biologiquement actives chez les patients infectés contribuent donc à l’immuno-pathogénèse induite par le VIH-1 en perturbant l’homéostasie des cellules NK ainsi qu’en augmentant la réplication du virus chez les patients. Ces études suggèrent donc la neutralisation des effets néfastes de l’IL-18 en utilisant son inhibiteur naturel soit de l’IL-18BP exogène. Ceci permettrait de moduler l’activité de l’IL-18 in vivo à des niveaux souhaitables. L’IL-21 joue un rôle clef dans le contrôle des infections virales chroniques. Lors de ces études, nous avons déterminé la dynamique de la production d’IL-21 lors de l’infection par le VIH-1 et sa conséquence sur la survie des cellules T CD4+ et la fréquence des cellules T CD8+ spécifiques au VIH-1. Nous avons démontré que sa production est compromise tôt au cours de l’infection et que les concentrations d’IL-21 corrèlent avec le compte de cellules T CD4+ chez les personnes infectées. Nos études ont démontré que le traitement antirétroviral restaure partiellement la production d’IL-21. De plus, l’infection par le VIH-1 de cellules T CD4+ humaines inhibe sa production en réduisant l’expression du facteur de transcription c-Maf. Nous avons aussi démontré que la fréquence des cellules T CD4+ spécifiques au VIH-1 qui produisent de l’IL-21 est réduite chez les patients virémiques. Selon nos résultats, l’IL-21 empêche l’apoptose spontanée des cellules T CD4+ de patients infectés et l’absence d’IL-21 réduit la fréquence des cellules T CD8+ spécifiques au VIH-1 chez ces patients. Nos résultats démontrent que l'IL-21R est exprimé de façon égale sur tous les sous-types de cellules NK chez les donneurs sains et chez les patients infectés. L’IL-21 active les protéines STAT-3, MAPK et Akt afin d'augmenter les fonctions effectrices des cellules NK. L'activation de STAT-3 joue un rôle clef dans ces fonctions avec ou sans un traitement avec de l'IL-21. L'IL-21 augmente l'expression des protéines anti-apoptotiques Bcl-2 et Bcl-XL, augmente la viabilité des cellules NK, mais ne possède aucun effet sur leur prolifération. Nous démontrons de plus que l'IL-21 augmente l'ADCC, les fonctions sécrétrices et cytotoxiques ainsi que la viabilité des cellules NK provenant de patients chroniquement infectés par le VIH-1. De plus, cette cytokine semble présenter ces effets sans augmenter en contrepartie la réplication du VIH-1. Elle permet donc d'inhiber la réplication virale lors de co-cultures autologues de cellules NK avec des cellules T CD4+ infectées d'une manière dépendante à l'expression de perforine et à l'utilisation de la protéine LFA-1. Les niveaux d’IL-21 pourraient donc servir de marqueurs biologiques pour accompagner les informations sur le taux de cellules T CD4+ circulantes en nous donnant des informations sur l’état de fonctionnalité de ce compartiment cellulaire. De plus, ces résultats suggèrent l’utilisation de cette cytokine en tant qu’agent immunothérapeutique pour restaurer les niveaux normaux d’IL-21 et augmenter la réponse antivirale chez les patients infectés par le VIH-1.

HIV-1 Vpr up-regulates expression of ligands for the activating NKG2D receptor and promotes NK cell-mediated killing

HIV upregulates cell-surface expression of specific ligands for the activating NKG2D receptor, including ULBP-1, -2, -3, but not MICA or MICB, in infected cells both in vitro and in vivo. However, the viral factor(s) involved in NKG2D ligand expression still remains undefined. HIV-1 Vpr activates the DNA damage/stress-sensing ATR kinase and promotes G2 cell-cycle arrest, conditions known to upregulate NKG2D ligands. We report here that HIV-1 selectively induces cell-surface expression of ULBP-2 in primary CD4+ T-lymphocytes by a process that is Vpr-dependent. Importantly, Vpr enhanced the susceptibility of HIV-1-infected cells to NK cell-mediated killing. Strikingly, Vpr alone was sufficient to upregulate expression of all NKG2D ligands and thus promoted efficient NKG2D-dependent NK cell-mediated killing. Delivery of virion-associated Vpr via defective HIV-1 particles induced analogous biological effects in non-infected target cells, suggesting that Vpr may act similarly beyond infected cells. All these activities relied on Vpr ability to activate the ATR-mediated DNA damage/stress checkpoint. Overall, these results indicate that Vpr is a key determinant responsible for HIV-1-induced upregulation of NKG2D ligands and further suggest an immunomodulatory role for Vpr that may not only contribute to HIV-1-induced CD4+ T-lymphocyte depletion but may also take part in HIV-1-induced NK cell dysfunction.

HIV-1 Vpr induces the K48-linked polyubiquitination and proteasomal degradation of target cellular proteins to activate ATR and promote G2 arrest

HIV-1 viral protein R (Vpr) induces a cell cycle arrest at the G2/M phase by a mechanism involving the activation of the DNA damage sensor ATR. We and others recently showed that Vpr performs this function by subverting the activity of the DDB1-CUL4A (VPRBP) E3 ubiquitin ligase. Vpr could thus act as a connector between the E3 ligase and an unknown cellular factor whose ubiquitination would induce G2 arrest. While attractive, this model is solely based on the indirect observation that some mutants of Vpr retain their interaction with the E3 ligase but fail to induce G2 arrest. Using a tandem affinity purification approach, we observed that Vpr interacts with ubiquitinated cellular proteins and that this association requires the recruitment of an active E3 ligase given that depletion of VPRBP by RNA interference or overexpression of a dominant-negative mutant of CUL4A decreased this association. Importantly, G2-arrest-defective mutants of Vpr in the C-terminal putative substrate-interacting domain displayed decreased association with ubiquitinated proteins. We also found that inhibition of proteasomal activity increased this association and that the ubiquitin chains were at least in part constituted of classical K48 linkages. Interestingly, inhibition of K48 polyubiquitination specifically impaired Vpr-induced phosphorylation of H2AX, an early target of ATR, but did not affect UV-induced H2AX phosphorylation. Overall, our results provide direct evidence that association of Vpr with the DDB1-CUL4A (VPRBP) E3 ubiquitin ligase induces the K48-linked polyubiquitination of yet-unknown cellular proteins resulting in their proteasomal degradation and ultimately leading to activation of ATR and G2 arrest.

Antagonism of tetherin restriction of HIV-1 release by Vpu involves binding and sequestration of the restriction factor in a perinuclear compartment

The Vpu accessory protein promotes HIV-1 release by counteracting Tetherin/BST-2, an interferon-regulated restriction factor, which retains virions at the cell-surface. Recent reports proposed beta-TrCP-dependent proteasomal and/or endo-lysosomal degradation of Tetherin as potential mechanisms by which Vpu could down-regulate Tetherin cell-surface expression and antagonize this restriction. In all of these studies, Tetherin degradation did not, however, entirely account for Vpu anti-Tetherin activity. Here, we show that Vpu can promote HIV-1 release without detectably affecting Tetherin steady-state levels or turnover, suggesting that Tetherin degradation may not be necessary and/or sufficient for Vpu anti-Tetherin activity. Even though Vpu did not enhance Tetherin internalization from the plasma membrane (PM), it did significantly slow-down the overall transport of the protein towards the cell-surface. Accordingly, Vpu expression caused a specific removal of cell-surface Tetherin and a re-localization of the residual pool of Tetherin in a perinuclear compartment that co-stained with the TGN marker TGN46 and Vpu itself. This re-localization of Tetherin was also observed with a Vpu mutant unable to recruit beta-TrCP, suggesting that this activity is taking place independently from beta-TrCP-mediated trafficking and/or degradation processes. We also show that Vpu co-immunoprecipitates with Tetherin and that this interaction involves the transmembrane domains of the two proteins. Importantly, this association was found to be critical for reducing cell-surface Tetherin expression, re-localizing the restriction factor in the TGN and promoting HIV-1 release. Overall, our results suggest that association of Vpu to Tetherin affects the outward trafficking and/or recycling of the restriction factor from the TGN and as a result promotes its sequestration away from the PM where productive HIV-1 assembly takes place. This mechanism of antagonism that results in TGN trapping is likely to be augmented by beta-TrCP-dependent degradation, underlining the need for complementary and perhaps synergistic strategies to effectively counteract the powerful restrictive effects of human Tetherin.