Étude de l’immunité mucosale génitale chez des femmes béninoises hautement exposées au VIH-1 séronégatives (HESN) et séropositives.

Introduction : Aujourd’hui, 35,3 millions de personnes vivent avec le virus de l’immunodéficience humaine (VIH)-1 dans le monde ; l’Afrique subsaharienne concentre 70% des nouvelles infections et les femmes en représentent plus de la moitié. Le mode de transmission du VIH le plus répandu est par voie mucosale génitale suite à des relations sexuelles. Le tractus génital féminin (TGF) possède un milieu immunitaire complexe qui doit contrer l’invasion par des pathogènes tout en maintenant la tolérance/contrôle de la flore normale vaginale étant sous la pression de procréation sous influence des hormones sexuelles. De plus, les mécanismes favorisant ou prévenant l’infection du TGF par le VIH ne sont pas précisément identifiés. Hypothèse : Le contexte inflammatoire mucosal génital et la résultante de dialogues intercellulaires tel qu’entre les cellules épithéliales génitales (CEG) et les cellules dendritiques myéloïdes (mDC), qui sont des premières à rencontrer le virus aux portes d’entrée mucosales, modulent l’activité des lymphocytes qui est déterminante dans le type de réponse immunitaire élaborée par l’hôte. Méthodologie : Des spécimens provenant d’une cohorte de travailleuses du sexe (TS) recrutées à Cotonou au Bénin en Afrique subsaharienne ont été analysés. Nous avons caractérisé le milieu mucosal génital féminin hautement exposé au VIH de TS séronégatives (highly exposed seronegative; HESN) en comparaison avec celui de TS séropositives. Brièvement, les liquides cervicaux-vaginaux ont été déterminés par des techniques de multiplexes/Luminex ou par ELISA et le milieu cellulaire a été décrit suite à des analyses de cytométrie en flux (phénotypage et tri cellulaire). Résultats : Nous avons observé la présence augmentée d’un facteur soluble antiviral, immunomodulateur et antiprolifératif sécrété dans le TGF des TS HESN qui est l’interféron (IFN)-α. La présence augmentée de cette cytokine suggère l’existence possible de connexions intercellulaires clés qui pourraient mener à une régulation homéostatique du compartiment immunitaire génital permettant de contrôler l’infection par le VIH-1. En étudiant l’expression de molécules impliquées dans les voies de signalisation associées à la production d’IFN-α dans les CEG et les cellules myéloïdes du TGF, nous avons pu mettre en évidence l’existence d’un microenvironnement présentant un profil «tolérogénique/régulateur» dans le TGF des TS HESN. Conclusion : Nos observations nous ont permis d’élucider certaines hypothèses sur un potentiel mécanisme d’immunité naturelle protecteur chez les TS HESN. De plus, nous sommes des premiers à décrire une population myéloïde présentant des caractéristiques de DC «tolérogéniques» de par leur expression d’interleukine (IL)-10, de human leukocyte antigen (HLA)-G et de immunoglobulin-like transcript (ILT)-4 dans le TGF de TS HESN. Cette étude aura des implications majeures dans le développement de stratégies d’interventions préventives afin de moduler des conditions inflammatoires préexistantes ainsi établissant une défense mucosale rapide et durable contre le VIH-1.

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

Étude du rôle des régions variables 4 et 5 dans les changements de conformation de la gp120 du VIH-1

Le VIH infecte les cellules par fusion de sa membrane avec la membrane de la cellule cible. Cette fusion est effectuée par les glycoprotéines de l'enveloppe (Env) qui sont synthétisées en tant que précurseur, gp160, qui est ensuite clivé en gp120 et gp41. La protéine gp41 est la partie transmembranaire du complexe de l'enveloppe et l’ancre à la particule virale alors que la gp120 assure la liaison au récepteur cellulaire CD4 et corécepteur CCR5 ou CXCR4. Ces interactions successives induisent des changements de conformation d’Env qui alimentent le processus d'entrée du virus conduisant finalement à l'insertion du peptide de fusion de la gp41 dans la membrane de la cellule cible. La sous-unité extérieure gp120 contient cinq régions variables (V1 à V5), dont trois (V1, V2 et V3) étant capables d’empêcher l’adoption spontanée de la conformation liée à CD4. Cependant, le rôle de régions variables V4 et V5 vis-à-vis de ces changements de conformation reste inconnu. Pour étudier leur effet, des mutants de l'isolat primaire de clade B YU2, comprenant une délétion de la V5 ou une mutation au niveau de tous les sites potentiels de N-glycosylation de la V4 (PNGS), ont été générés. L'effet des mutations sur la conformation des glycoprotéines d'enveloppe a été analysé par immunoprécipitation et résonance de plasmon de surface avec des anticorps dont la liaison dépend de la conformation adopté par la gp120. Ni le retrait des PNGS de la V4 ni la délétion de V5 n’a affecté les changements conformationnels d’Env tels que mesurés par ces techniques, ce qui suggère que les régions variables V1, V2 et V3 sont les principaux acteurs dans la prévention de l’adoption de la conformation lié de CD4 d’Env.

Les immunoglobulines intraveineuses et la réponse spécifique des cellules T dans la prévention de la maladie lymphoproliférative post-greffe associée au virus Epstein-Barr chez les enfants greffés de cellules souches hématopoïétiques.

La maladie lymphoproliférative post-greffe (MLP) est une complication grave chez les greffés (d’organes solides ou de cellules souches hématopoïétiques) immunosupprimés suite à l'infection par le virus Epstein-Barr (VEB). En l’absence d'une réponse efficace des lymphocytes T cytotoxiques, les cellules B infectées par le VEB peuvent proliférer et donner lieu à la MLP. Dans le cas des receveurs de greffe immunosupprimés, les cellules B infectées par le VEB de façon lytique, produisent activement de nouveaux virions. Ces derniers infectent les cellules B voisines, entraînant leur expansion polyclonale. La gp350, une protéine du cycle lytique située dans l'enveloppe virale, joue un rôle important dans l'infection par le VEB. Elle interagit avec le récepteur CD21 exprimée à la surface des cellules B pour permettre l’entrée du virus. Ainsi, des anticorps neutralisants anti-gp350 sont considérés être des acteurs clés dans le blocage de l'infection, empêchant ainsi le développement de la MLP. L'effet protecteur des immunoglobulines intraveineuses (IgIV) à titre prophylactique contre le VEB et la MLP chez les greffés de cellules souches hématopoïétiques n’est pas clairement démontré. Par conséquent, le premier objectif de cette thèse a proposé d'évaluer l'efficacité des IgIV contre l'infection par le VEB et la MLP chez les receveurs de cellules souches hématopoïétiques. Le deuxième objectif a proposé de déterminer, en utilisant la technique ELISpot, si la présence d'une réponse forte des lymphocytes T contre l'antigène précoce BMLF1 du cycle lytique du VEB pourrait constituer un marqueur de protection contre la MLP chez les greffés de cellules souches hématopoïétiques. Les résultats ont montré d'une part que, si les IgIV peuvent neutraliser efficacement l'infection par le VEB in vitro, ils ne protègent pas efficacement les patients greffés contre l'infection par le VEB in vivo. D'autre part, l'étude de la réponse des lymphocytes T contre des antigènes du VEB a démontré que les cellules T de certains patients sont capables de reconnaître l'antigène lytique BMLF1. Cette réponse spécifique des lymphocytes T peut s’avérer un bon marqueur de la protection contre la MLP. Les résultats de cette thèse démontrent que l’infection lytique au VEB joue un rôle fondamental dans le développement de la MLP. Les données indiquent également que la présence d'une réponse spécifique des lymphocytes T contre un antigène du cycle lytique du VEB peut constituer un bon marqueur de la protection contre la MLP. Cependant, le traitement des patients recevant des greffes de cellules souches hématopoïétiques avec les IgIV n’apparaît pas efficace dans la prévention de la MLP.

Rôle des cellules endothéliales dans l’immunité innée précoce induite lors d’infections par des coronavirus murins

Les cellules endothéliales (EC) constituent une première barrière physique à la dissémination de virus pléiotropiques circulant par voie hématogène mais leur contribution à la défense innée anti-virale est peu connue. Des dysfonctions des EC de la barrière hémato-encéphalique (BMEC) et des sinusoïdes hépatiques (LSEC) ont été rapportées dans des neuropathologies et des hépatites aiguës ou chroniques d’origine virale, suggérant que des atteintes à leur intégrité contribuent à la pathogenèse. Les sérotypes de coronavirus de l’hépatite murine (MHV), se différenciant par leur capacité à induire des hépatites et des maladies neurologiques de sévérité variable et/ou leur tropisme pour les EC, représentent des modèles viraux privilégiés pour déterminer les conséquences de l’infection des EC sur la pathogenèse virale. Lors d’infection par voie hématogène, le sérotype MHV3, le plus virulent des MHV, induit une hépatite fulminante, caractérisée par une réponse inflammatoire sévère, et des lésions neurologiques secondaires alors que le sérotype moins virulent, MHV-A59, induit une hépatite modérée sans atteintes secondaires du système nerveux central (SNC). Par ailleurs, le sérotype MHV3, à la différence du MHV-A59, démontre une capacité à stimuler la production de cytokines par la voie TLR2. Les variants atténués du MHV3, les virus 51.6-MHV3 et YAC-MHV3, sont caractérisés par un faible tropisme pour les LSEC et induisent respectivement une hépatite modérée et subclinique. Compte tenu de l’importance des LSEC dans le maintien de la tolérance hépatique et de l’élimination des pathogènes circulants, il a été postulé que la sévérité de l’hépatite et de la réponse inflammatoire lors d’infections par les MHV est associée à la réplication virale et à l’altération des propriétés tolérogéniques et vasculaires des LSEC. Les désordres inflammatoires hépatiques pourraient résulter d’une activation différentielle du TLR2, plutôt que des autres TLR et des hélicases, selon les sérotypes. D’autre part, compte tenu du rôle des BMEC dans la prévention des infections du SNC, il a été postulé que l’invasion cérébrale secondaire par les coronavirus est reliée à l’infection des BMEC et le bris subséquent de la barrière hémato-encéphalique (BHE). À l’aide d’infections in vivo et in vitro par les différents sérotypes MHV, chez des souris ou des cultures de BMEC et de LSEC, nous avons démontré, d’une part, que l’infection in vitro des LSEC par le sétotype MHV3, à la différence des variants 51.6- et YAC-MHV3, altérait la production du facteur vasodilatant NO et renversait leur phénotype tolérogénique en favorisant la production de cytokines et de chimiokines inflammatoires. Ces dysfonctions se traduisaient in vivo par une réponse inflammatoire incontrôlée et une dérégulation du recrutement intrahépatique de leucocytes, favorisant la réplication virale et les dommages hépatiques. Nous avons aussi démontré, à l’aide de souris TLR2 KO et de LSEC dont l’expression du TLR2 a été abrogée par des siRNA, que la sévérité de l’hépatite et de la réponse inflammatoire induite par le sérotype MHV3, dépendait en partie de l’induction et de l’activation préférentielle du TLR2 par le virus dans le foie. D’autre part, la sévérité de la réplication virale au foie et des désordres dans le recrutement leucocytaire intrahépatique induits par le MHV3, et non par le MHV-A59 et le 51.6-MHV3, corrélaient avec une invasion virale subséquente du SNC, au niveau de la BHE. Nous avons démontré que l’invasion cérébrale du MHV3 était associée à une infection productive des BMEC et l’altération subséquente des protéines de jonctions serrées occludine, VE-cadhérine et ZO-1 se traduisant par une augmentation de la perméabilité de la BHE et l’entrée consécutive du virus dans le cerveau. Dans l’ensemble, les résultats de cette étude mettent en lumière l’importance du maintien de l’intégrité structurale et fonctionnelle des LSEC et des BMEC lors d’infections virales aigües par des MHV afin de limiter les dommages hépatiques associés à l’induction d’une réponse inflammatoire exagérée et de prévenir le passage des virus au cerveau suite à une dissémination par voie hématogène. Ils révèlent en outre un nouveau rôle aggravant pour le TLR2 dans l’évolution de l’hépatite virale aigüe ouvrant la voie à de nouvelles avenues thérapeutiques visant à moduler l’activité inflammatoire du TLR2.

Mechanisms of Adenovirus-Mediated Autophagy

A patient diagnosed with a glioma, generally, has an average of 14 months year to live after implementation of conventional therapies such as surgery, chemotherapy, and radiation. Glioblastomas are highly lethal because of their aggressive nature and resistance to conventional therapies and apoptosis. Thus other avenues of cell death urgently need to be explored. Autophagy, which is also known as programmed cell death type II, has recently been identified as an alternative mechanism to kill apoptosis- resistant cancer cells. Traditionally, researchers have studied how cells undergo autophagy during viral infection as an immune response mechanism, but recently researchers have discovered how viruses have evolved to manipulate autophagy for their benefit. Extensive studies of viral-induced autophagy provide a rationale to investigate other viruses, such as the adenovirus, which may be developed as part of a therapy against cancers resistant to apoptosis. Despite the present and relatively poor understanding of the mechanisms behind adenoviral-induced autophagy, adenovirus is a promising candidate, because of its ability to efficiently eradicate tumors. A better understanding of how the adenovirus induces autophagy will allow for the development of viruses with increased oncolytic potency. We hypothesized that adenovirus induces autophagy in order to aid in lysis. We found that replication, not infection, was required for adenovirus-mediated autophagy. Loss of function analysis of early genes revealed that, of the early genes tested, no single gene was sufficient to induce autophagy alone. Examination of cellular pathways for their role in autophagy during adenovirus infection revealed a function for the eIF2α pathway and more specifically the GCN2 kinase. Cells lacking GCN2 are more resistant to adenovirus-mediated autophagy in vitro; in vivo we also found these cells fail to undergo autophagy, but display more cell death. We believe that autophagy is a protective mechanism the cell employs during adenoviral infection, and in the in vivo environment, cells cannot recover from virus infection and are more susceptible to death. Congruently, infected cells deficient for autophagy through deletion of ATG5 are not able undergo productive cell lysis, providing evidence that the destruction of the cytoplasm and cell membrane through autophagy is crucial to the viral life cycle. This project is the first to describe a gene, other than a named autophagy gene, to be required for adenovirus- mediated autophagy. It is also the first to examine autophagic cell death as a means to aid in viral-induced cell lysis.

Examination of the engraftment of exogenous mesenchymal stem cells in ovarian tumors and their potential use as delivery vehicles for therapeutic genes

Interactions between neoplastic cells and the host stroma play a role in both tumor cell migration and proliferation. Stromal cells provide structural support for malignant cells, modulate the tumor microenvironment, and influence phenotypic behavior as well as the aggressiveness of the malignancy. In response, the tumor provides growth factors, cytokines, and cellular signals that continually initiate new stromal reactions and recruit new cells into the microenvironment to further support tumor growth. Since growing tumors recruit local cells, as well as supplemental cells from the circulation, such as fibroblasts and endothelial precursors, the question arises if it would be possible to access circulating stromal cells to modify the tumor microenvironment for therapeutic benefits. One such cell type, mesenchymal stem cells (MSC), could theoretically be engrafted into stroma. MSC are pluripotent cells that have been shown to form stromal elements such as myofibroblasts, perivascular tissues and connective tissues. Several reports have demonstrated that MSC can incorporate into sites of wound healing and tissue repair, due to active tissue remodeling and local paracrine factors, and given the similarity between wound healing and the carcinoma induced stromal response one can hypothesize that MSC have the potential to be recruited to sites of tumor development. In addition, gene-modified MSC could be used as cellular vehicles to deliver gene products into tumors. My results indicate that MSC home to and participate in tumor stroma formation in ovarian tumor xenografts in mice. Additionally, once homed to tumor beds, MSC proliferate rapidly and integrate. My studies aim at understanding the fate of MSC in the tumor microenvironment, as well as utilizing them for cellular delivery of therapeutic genes into the stroma of ovarian carcinomas. ^

Prevalence and risk factors for polyomavirus reactivation in solid-organ transplantation

Background. Polyomavirus reactivation is common in solid-organ transplant recipients who are given immunosuppressive medications as standard treatment of care. Previous studies have shown that polyomavirus infection can lead to allograft failure in as many as 45% of the affected patients. Hypothesis. Ubiquitous polyomaviruses when reactivated by post-transplant immunosuppressive medications may lead to impaired renal function and possibly lower survival prospects. Study Overview. Secondary analysis of data was conducted on a prospective longitudinal study of subjects who were at least 18 years of age and were recipients of liver and/or kidney transplant at Mayo Clinic Scottsdale, Arizona. Methods. DNA extractions of blinded urine and blood specimens of transplant patients collected at Mayo Clinic during routine transplant patient visits were performed at Baylor College of Medicine using Qiagen kits. Virologic assays included testing DNA samples for specific polyomavirus sequences using QPCR technology. De-identified demographic and clinical patient data were merged with laboratory data and statistical analysis was performed using Stata10. Results. 76 patients enrolled in the study were followed for 3.9 years post transplantation. The prevalence of BK virus and JC virus urinary excretion was 30% and 28%. Significant association was observed between JC virus excretion and kidney as the transplanted organ (P = 0.039, Pearson Chi-square test). The median urinary JCV viral loads were two logs higher than those of BKV. Patients that excreted both BKV and JCV appeared to have the worst renal function with a mean creatinine clearance value of 71.6 millimeters per minute. A survival disadvantage was observed for dual shedders of BKV and JCV, log-rank statistics, p = 0.09; 2/5 dual-shedders expired during the study period. Liver transplant and male sex were determined to be potential risk factors for JC virus activation in renal and liver transplant recipients. All patients tested negative for SV40 and no association was observed between polyomavirus excretion and type of immunosuppressive medication (tacrolimus, mycophenolate mofetil, cyclosporine and sirolimus). Conclusions. Polyomavirus reactivation was common after solid-organ transplantation and may be associated with impaired renal function. Male sex and JCV infection may be potential risk factors for viral reactivation; findings should be confirmed in larger studies.^

Antibody chemical reactivity: Beneficial and pathogenic roles

Antibodies (Abs) to autoantigens and foreign antigens (Ags) mediate, respectively, various pathogenic and beneficial effects. Abs express enzyme-like nucleophiles that react covalently with electrophiles. A subpopulation of nucleophilic Abs expresses proteolytic activity, which can inactivate the Ag permanently. This thesis shows how the nucleophilicity can be exploited to inhibit harmful Abs or potentially protect against a virus. ^ Inactivation of pathogenic Abs from Hemophilia A (HA) patients by means of nucleophile-electrophile pairing was studied. Deficient factor VIII (FVIII) in HA subjects impairs blood coagulation. FVIII replacement therapy fails in 20-30% of HA patients due to production of anti-FVIII Abs. FVIII analogs containing electrophilic phosphonate group (E-FVIII and E-C2) were hypothesized to inactivate the Abs by reacting specifically and covalently with nucleophilic sites. Anti-FVIII IgGs from HA patients formed immune complexes with E-FVIII and E-C2 that remained irreversibly associated under conditions that disrupt noncovalent Ab-Ag complexes. The reaction induced irreversible loss of Ab anti-coagulant activity. E-FVIII alone displayed limited interference with coagulation. E-FVIII is a prototype reagent suitable for further development as a selective inactivator of pathogenic anti-FVIII Abs. ^ The beneficial function of Abs to human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) was analyzed. HIV-1 eludes the immune system by rapidly changing its coat protein structure. IgAs from noninfected subjects hydrolyzed gp120 and neutralized HIV-1 with modest potency by recognizing the gp120 421-433 epitope, a conserved B cell superantigenic region that is also essential for HIV-1 attachment to host cell CD4 receptors. An adaptive immune response to superantigens is generally prohibited due to their ability to downregulate B cells. IgAs from subjects with prolonged HIV-1 infection displayed improved catalytic hydrolysis of gp120 and exceptionally potent and broad neutralization of diverse CCR5-dependent primary HIV isolates attributable to recognition of the 421-433 epitope. This indicates that slow immunological bypass of the superantigenic character of gp120 is possible, opening the path to effective HIV vaccination. ^ My research reveals a novel route to inactivate pathogenic nucleophilic Abs using electrophilic antigens. Conversely, naturally occurring nucleophilic Abs may help impede HIV infection, and the Abs could be developed for passive immunotherapy of HIV infected subjects. ^

Prevalence of Staphylococcus aureus colonization among high-risk HIV populations

Staphylococcus aureus is a common microorganism in humans, typically colonizing the nasopharynx, skin and other mucosal surfaces. It is among the most frequent causes of clinically-significant bacterial infections accounting for increased morbidity and mortality among individuals with HIV/AIDS. Evidence of higher colonization rates among high-risk HIV populations have been observed however, prevalence estimates have varied. Additionally, behavioral, biological, and/or environmental factors that may account for these high colonization rates are not understood. Previous literature on clinic-based surveys were subject to considerable biases. Additionally, representative samples of high-risk HIV populations were difficult to obtain due in part to an underrepresentation of individuals who may not regularly obtain health care. ^ The main objective of this project is to determine the prevalence of methicillin-sensitive S. aureus (MSSA) and methicillin-resistant (MRSA) nasal colonization in two populations: 1) men who have sex with men (MSM) and 2) injection drug users (IDU). Both of these populations are included in the third round of the National HIV Behavioral Surveillance System (NHBS) in Houston, Texas. ^ In the NHBS-MSM3 study, logistic regression was used to report odds ratios and 95% confidence intervals (CI). For the NHBS-IDU3 study, to account for the lack of independence between samples, the method of generalized estimating equations was utilized to report adjusted odds ratios and 95% CI. The NHBS-MSM3 study enrolled 202 participants with a MSSA colonization rate of 26.7% and MRSA rate of 3%. In the NHBS-IDU3 study, 18.4% were nasally colonized with MSSA and 5.7% were nasally colonized with MRSA. Among the NHBS-MSM3 population, high-risk sexual practices were associated with colonization. For the NHBS-IDU3 population, age, marital status, employment status, and the presence of scabs, were associated with colonization status when controlling for size of recruitment network. In multivariate GEE analyses, the use of antiretroviral medications and age remained significantly associated with S. aureus nasal colonization when controlling for size of recruitment network and gender. In both studies, a significantly higher than expected S. aureus and MRSA colonization rate was observed as compared to colonization rates described for the general population. However, these estimates were moderate in comparison to reported clinic-based MSM and IDU S. aureus colonization findings. This study validates substantial prevalence differences and biases that may exist with data collected from clinic-based MSM and IDU. The prevalence of MSSA and MRSA nasal colonization did not differ significantly with respect to HIV status among NHBS-MSM3/NHBS-IDU3 participants. Continued examination on the effects of S. aureus colonization and infection should be examined longitudinally to confirm additional community-based determinants in populations that are disproportionately affected.^

Evaluation of memory B cells among perinatally HIV infected children from Houston Texas

Background: HIV associated B cell exhaustion is a notable characteristic of HIV viremic adults. However, it is not known if such alterations are present in perinatal HIV infected children, whose viral dynamics differs from those seen in adults. In the present study we perform an analysis of B cells subsets and measure antigen-specific memory B cells (MBC) in a pediatric HIV infected cohort. ^ Methods: Peripheral mononuclear cells (PBMC) of perinatal HIV infected individuals are characterized into naïve (CD21hi/CD27−), classic (CD27+), tissue like (CD21lo/CD27 −) and activated MBC (CD27+CD21− ) by FACS. A memory ELISPOT assay is used to detect antibody secreting cells. We measure total IgG and antibodies specific for influenza, HBV, mumps, measles, rubella and VZV. Memory was expressed as spot forming cells (SPC) /million of PBMC. Wilcoxon rank-sum was used to compare unpaired groups and linear regression analysis was used to determine predictors of B cell dysfunction ^ Results: 41 HIV perinatal infected children are included (51.2% females and 65.9% Black). Age at study is median (range) 8.78 years (4.39-11.57). At the time of testing they have a CD4% of 30.9 (23.2-39.4), a viral load (VL) of 1.95 log10 copies/ml (1.68-3.29) and a cumulative VL of 3.4 log10 copy × days (2.7-4.0). Ninety two percent of the children are on cARV for > 6 months. Overall, HIV+ children compared with controls have a significant lower number of IgG and antigen specific SFC. In addition, they have a lower proportion of classical MBC 12.9 (8.09-19.85) vs 29.4 (18.7-39.05); 0.01, but a significant higher proportion of tissue like memory MBC 6.01 (2.79-12.7) vs 0.99 (0.87-1.38); 0.003, compared with controls. Patients are parsed on VL (<400 and ≥ 400 copies/ml) with the objective to evaluate the effect of VL on B cell status. Patients with a VL ≥ 400 copies/ml have a significantly lower IgG, HBV, measles, rubella and VZV SPC compared with those with a VL < 400 copies/ml. There are no significant differences in B cell subpopulations between the groups. A moderate negative correlation was observed between the time of cARV initiation and the frequency of IgG memory B cells, suggesting that early initiation of cARV appears to lead to a better functionality of the IgG memory B cells (P=0.05). A statistically significant positive correlation was observed between the total number of IgG memory cells and the number of antigen-specific memory B cells/SPCs. Suggesting that the progressive recovery of the IgG memory B cell pull goes along with a progressive increase in the number of antigen-specific SPCs. ^ Conclusion: A pediatric cohort in overall good status with respect to HIV infection and on ART has defects in B cell function and numbers (reduced total and antigen specific MBC and increased tissue like and reduced classical MBC).^

Indeterminate QunatiFERON-TB Gold In-Tube assay results in association with procedural specimen collection in children

BACKGROUND. The development of interferon-gamma release assays (IGRA) has introduced powerful tools in diagnosing latent tuberculosis infection (LTBI) and may play a critical role in the future of tuberculosis diagnosis. However, there have been reports of high indeterminate results in young patient populations (0-18 years). This study investigated results of the QunatiFERON-TB Gold In-Tube (QFT-GIT) IGRA in a population of children (0-18 years) at Texas Children's Hospital in association with specimen collection procedures using surrogate variables. ^ METHODS. A retrospective case-control study design was used for this investigation. Cases were defined as having QFT-GIT indeterminate results. Controls were defined as having either positive or negative results (determinates). Patients' admission status, staff performing specimen collection, and specific nurse performing specimen collection were used as surrogates to measure specimen collection procedures. ^ To minimize potential confounding, abstraction of patients' electronic medical records was performed. Abstracted data included patients' medications and evaluation at the time of QFT-GIT specimen collection in addition to their medical history. QFT-GIT related data was also abstracted. Cases and controls were characterized using chi-squared tests or Fisher's exact tests across categorical variables. Continuous variables were analyzed using one-way ANOVA and t-tests for continuous variables. A multivariate model was constructed by backward stepwise removal of statistically significant variables from univariate analysis. ^ RESULTS. Patient data was abstracted from 182 individuals aged 0-18 years from July 2010 to August 2011 at Texas Children's Hospital. 56 cases (indeterminates) and 126 controls (determinates) were enrolled. Cancer was found to be an effect modifier with subsequent stratification resulting in a cancer patient population too small to analyze (n=13). Subsequent analyses excluded these patients. ^ The exclusion of cancer patients resulted in a population of 169 patients with 49 indeterminates (28.99%) and 120 determinates (71.01%), with mean ages of 9.73 (95% CI: 8.03, 11.43) years and 11.66 (95% CI: 10.75, 12.56) years (p = 0.033), respectively. Median age of patients who were indeterminates and determinates were 12.37 and 12.87 years, respectively. Lack of data for our specific nurse surrogate (QFTNurse) resulted in its exclusion from analysis. The final model included only our remaining surrogate variables (QFTStaff and QFTInpatientOutpatient). The staff collecting surrogate (QFTStaff) was found to be modestly associated with indeterminates when nurses collected the specimen (OR = 1.54, 95% CI: 0.51, 4.64, p = 0.439) in the final model. Inpatients were found to have a strong and statistically significant association with indeterminates (OR = 11.65, 95% CI: 3.89, 34.9, p < 0.001) in the final model. ^ CONCLUSION. Inpatient status was used as a surrogate for indication of nurse drawn blood specimens. Nurses have had little to no training regarding shaking of tubes versus phlebotomists regarding QFT-GIT testing procedures. This was also measured by two other surrogates; specifically a medical note stating whether a nurse or phlebotomist collected the specimen (QFTStaff) and the name and title of the specific nurse if collection was performed by a nurse (QFTNurse). Results indicated that inpatient status was a strong and statistically significant factor for indeterminates, however, nurse collected specimens and indeterminate results had no statistically significant association in non-cancer patients. The lack of data denoting the specific nurse performing specimen collection excluded the QFTNurse surrogate in our analysis. ^ Findings suggests training of staff personnel in specimen procedures may have little effect on the number of indeterminates while inpatient status and thus possibly illness severity may be the most important factor for indeterminate results in this population. The lack of congruence between our surrogate measures may imply that our inpatient surrogate gauged illness severity rather than collection procedures as intended. ^ Despite the lack of clear findings, our analysis indicated that more than half of indeterminates were found in specimens drawn by nurses and as such staff training may be explored. Future studies may explore methods in measuring modifiable variables during pre-analytical QFT-GIT procedures that can be discerned and controlled. Identification of such measures may provide insight into ways to lowering indeterminate QFT-GIT rates in children.^

Étude du rôle des régions variables 4 et 5 dans les changements de conformation de la gp120 du VIH-1

Le VIH infecte les cellules par fusion de sa membrane avec la membrane de la cellule cible. Cette fusion est effectuée par les glycoprotéines de l'enveloppe (Env) qui sont synthétisées en tant que précurseur, gp160, qui est ensuite clivé en gp120 et gp41. La protéine gp41 est la partie transmembranaire du complexe de l'enveloppe et l’ancre à la particule virale alors que la gp120 assure la liaison au récepteur cellulaire CD4 et corécepteur CCR5 ou CXCR4. Ces interactions successives induisent des changements de conformation d’Env qui alimentent le processus d'entrée du virus conduisant finalement à l'insertion du peptide de fusion de la gp41 dans la membrane de la cellule cible. La sous-unité extérieure gp120 contient cinq régions variables (V1 à V5), dont trois (V1, V2 et V3) étant capables d’empêcher l’adoption spontanée de la conformation liée à CD4. Cependant, le rôle de régions variables V4 et V5 vis-à-vis de ces changements de conformation reste inconnu. Pour étudier leur effet, des mutants de l'isolat primaire de clade B YU2, comprenant une délétion de la V5 ou une mutation au niveau de tous les sites potentiels de N-glycosylation de la V4 (PNGS), ont été générés. L'effet des mutations sur la conformation des glycoprotéines d'enveloppe a été analysé par immunoprécipitation et résonance de plasmon de surface avec des anticorps dont la liaison dépend de la conformation adopté par la gp120. Ni le retrait des PNGS de la V4 ni la délétion de V5 n’a affecté les changements conformationnels d’Env tels que mesurés par ces techniques, ce qui suggère que les régions variables V1, V2 et V3 sont les principaux acteurs dans la prévention de l’adoption de la conformation lié de CD4 d’Env.

Rôle des cellules endothéliales dans l’immunité innée précoce induite lors d’infections par des coronavirus murins

Les cellules endothéliales (EC) constituent une première barrière physique à la dissémination de virus pléiotropiques circulant par voie hématogène mais leur contribution à la défense innée anti-virale est peu connue. Des dysfonctions des EC de la barrière hémato-encéphalique (BMEC) et des sinusoïdes hépatiques (LSEC) ont été rapportées dans des neuropathologies et des hépatites aiguës ou chroniques d’origine virale, suggérant que des atteintes à leur intégrité contribuent à la pathogenèse. Les sérotypes de coronavirus de l’hépatite murine (MHV), se différenciant par leur capacité à induire des hépatites et des maladies neurologiques de sévérité variable et/ou leur tropisme pour les EC, représentent des modèles viraux privilégiés pour déterminer les conséquences de l’infection des EC sur la pathogenèse virale. Lors d’infection par voie hématogène, le sérotype MHV3, le plus virulent des MHV, induit une hépatite fulminante, caractérisée par une réponse inflammatoire sévère, et des lésions neurologiques secondaires alors que le sérotype moins virulent, MHV-A59, induit une hépatite modérée sans atteintes secondaires du système nerveux central (SNC). Par ailleurs, le sérotype MHV3, à la différence du MHV-A59, démontre une capacité à stimuler la production de cytokines par la voie TLR2. Les variants atténués du MHV3, les virus 51.6-MHV3 et YAC-MHV3, sont caractérisés par un faible tropisme pour les LSEC et induisent respectivement une hépatite modérée et subclinique. Compte tenu de l’importance des LSEC dans le maintien de la tolérance hépatique et de l’élimination des pathogènes circulants, il a été postulé que la sévérité de l’hépatite et de la réponse inflammatoire lors d’infections par les MHV est associée à la réplication virale et à l’altération des propriétés tolérogéniques et vasculaires des LSEC. Les désordres inflammatoires hépatiques pourraient résulter d’une activation différentielle du TLR2, plutôt que des autres TLR et des hélicases, selon les sérotypes. D’autre part, compte tenu du rôle des BMEC dans la prévention des infections du SNC, il a été postulé que l’invasion cérébrale secondaire par les coronavirus est reliée à l’infection des BMEC et le bris subséquent de la barrière hémato-encéphalique (BHE). À l’aide d’infections in vivo et in vitro par les différents sérotypes MHV, chez des souris ou des cultures de BMEC et de LSEC, nous avons démontré, d’une part, que l’infection in vitro des LSEC par le sétotype MHV3, à la différence des variants 51.6- et YAC-MHV3, altérait la production du facteur vasodilatant NO et renversait leur phénotype tolérogénique en favorisant la production de cytokines et de chimiokines inflammatoires. Ces dysfonctions se traduisaient in vivo par une réponse inflammatoire incontrôlée et une dérégulation du recrutement intrahépatique de leucocytes, favorisant la réplication virale et les dommages hépatiques. Nous avons aussi démontré, à l’aide de souris TLR2 KO et de LSEC dont l’expression du TLR2 a été abrogée par des siRNA, que la sévérité de l’hépatite et de la réponse inflammatoire induite par le sérotype MHV3, dépendait en partie de l’induction et de l’activation préférentielle du TLR2 par le virus dans le foie. D’autre part, la sévérité de la réplication virale au foie et des désordres dans le recrutement leucocytaire intrahépatique induits par le MHV3, et non par le MHV-A59 et le 51.6-MHV3, corrélaient avec une invasion virale subséquente du SNC, au niveau de la BHE. Nous avons démontré que l’invasion cérébrale du MHV3 était associée à une infection productive des BMEC et l’altération subséquente des protéines de jonctions serrées occludine, VE-cadhérine et ZO-1 se traduisant par une augmentation de la perméabilité de la BHE et l’entrée consécutive du virus dans le cerveau. Dans l’ensemble, les résultats de cette étude mettent en lumière l’importance du maintien de l’intégrité structurale et fonctionnelle des LSEC et des BMEC lors d’infections virales aigües par des MHV afin de limiter les dommages hépatiques associés à l’induction d’une réponse inflammatoire exagérée et de prévenir le passage des virus au cerveau suite à une dissémination par voie hématogène. Ils révèlent en outre un nouveau rôle aggravant pour le TLR2 dans l’évolution de l’hépatite virale aigüe ouvrant la voie à de nouvelles avenues thérapeutiques visant à moduler l’activité inflammatoire du TLR2.

Phylogenetic analysis of within -host serially-sampled viral data

The primary goal of this dissertation is the study of patterns of viral evolution inferred from serially-sampled sequence data, i.e., sequence data obtained from strains isolated at consecutive time points from a single patient or host. RNA viral populations have an extremely high genetic variability, largely due to their astronomical population sizes within host systems, high replication rate, and short generation time. It is this aspect of their evolution that demands special attention and a different approach when studying the evolutionary relationships of serially-sampled sequence data. New methods that analyze serially-sampled data were developed shortly after a groundbreaking HIV-1 study of several patients from which viruses were isolated at recurring intervals over a period of 10 or more years. These methods assume a tree-like evolutionary model, while many RNA viruses have the capacity to exchange genetic material with one another using a process called recombination. ^ A genealogy involving recombination is best described by a network structure. A more general approach was implemented in a new computational tool, Sliding MinPD, one that is mindful of the sampling times of the input sequences and that reconstructs the viral evolutionary relationships in the form of a network structure with implicit representations of recombination events. The underlying network organization reveals unique patterns of viral evolution and could help explain the emergence of disease-associated mutants and drug-resistant strains, with implications for patient prognosis and treatment strategies. In order to comprehensively test the developed methods and to carry out comparison studies with other methods, synthetic data sets are critical. Therefore, appropriate sequence generators were also developed to simulate the evolution of serially-sampled recombinant viruses, new and more through evaluation criteria for recombination detection methods were established, and three major comparison studies were performed. The newly developed tools were also applied to "real" HIV-1 sequence data and it was shown that the results represented within an evolutionary network structure can be interpreted in biologically meaningful ways. ^