Mécanismes de résistance aux inhibiteurs de CCR5

Le travail décrit dans ce manuscrit vise à caractériser les voies de résistance aux inhibiteurs de CCR5. Lors d’une première étape, nous avons développé un test phénotypique clonal nous permettant d’une part d’identifier le tropisme viral et d’autre part de mesurer la résistance aux inhibiteurs des CCR5. Des virus à tropisme R5 ou X4 représentant aussi peu que 0,4% d’un mélange de populations virales sont détectables par ce test, démontrant ainsi sa sensibilité. De plus, grâce à son approche clonale, cette technique permet de différencier les virus à tropisme double de populations virales mixtes. Par la suite, nous avons étudié l’impact des mutations dans les régions variables de la protéine gp120 de l’enveloppe du virus VIH-1 sur la résistance aux inhibiteurs de CCR5. Pour ce faire, nous avons généré des virus résistants par passage des isolats CC1/85 et BAL, en présence de concentrations sous-inhibitrices de maraviroc (MVC) et vicriviroc (VCV). Après quelques passages du virus CC1/85 en présence de MVC, certaines sont apparues dans differentes régions de la gp120. Par la suite, nous avons sélectionné trois mutations dans les domaines variables de la gp 120, V169M en V2, L317W en V3 et I408T en V4 pour construire des virus contenant des mutations simples, doubles et triples afin d’évaluer la contribution des mutations individuelles ou combinées au phénotype de résistance. Nous avons déterminé la sensibilité de chaque mutant à MVC et VCV, le pourcentage d’infectivité et le tropisme viral par rapport au phénotype sauvage. Tous les mutants ont conservé le tropisme R5 et ont montré une diminution d’infectivité par rapport au contrôle. Nos résultats ont montré que les mutants qui portent des mutations en V4 (I408T) ont eu le plus d'impact sur la susceptibilité au MVC. Finalement, nous avons voulu évaluer l’activité antivirale d’un nouvel inhibiteur de CCR5, VCH-286 avec d’autres inhibiteurs de CCR5 tels que MVC et VVC ainsi que ses interactions avec des médicaments représentatifs de différentes classes d’antirétroviraux ARV employés en clinique pour traiter le HIV/SIDA., afin d’évaluer si ces médicaments pourraient être utilisés dans un même régime thérapeutique. Nous avons tout d’abord évalué indépendamment l’activité antivirale des trois inhibiteurs de CCR5 : VCH-286, MVC et VVC. Par la suite nous avons évalué les interactions de VCH-286 avec MVC et VVC. Finalement nous avons évalué les interactions de VCH-286 avec d’autres médicaments antirétroviraux. Ces études ont montré que VCH-286 est un inhibiteur puissant de CCR5 avec une activité antivirale in vitro de l’ordre du nanomolaire et des interactions médicamenteuses favorables avec la majorité des ARV tels que les inhibiteurs de transcriptase inverse, de protéase, d’intégrase, et de fusion employés en clinique pour traiter le VIH/SIDA et des interactions allant de synergie à l'antagonisme avec les inhibiteurs de CCR5. Nos résultats montrent que la plasticité de l’enveloppe virale du VIH-1 a des répercussions sur la résistance aux inhibiteurs de CCR5, le tropisme et la possible utilisation de ces molécules en combinaison avec d’autres molécules appartenant à la même classe.

Entrée des rétrovirus humains : caractérisation moléculaire de la neuropiline-1, co-facteur à l'entrée de HTLV-1, et inhibition d'entrée du VIH-1 par CCR5

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Entrée des rétrovirus humains : caractérisation moléculaire de la neuropiline-1, co-facteur à l'entrée de HTLV-1, et inhibition d'entrée du VIH-1 par CCR5

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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.

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.

Etude des inhibiteurs d'entrée de CXCR4 : corécepteur d'entrée du virus de l'immunodéficience humaine.

L’entrée virale du VIH-1 dans ses cellules cibles constitue une cible thérapeutique de choix. À l’heure actuelle, un inhibiteur de fusion et un inhibiteur ciblant le corécepteur CCR5 sont utilisés en thérapie. Dans notre étude, notre objectif était d’évaluer le profil antiviral et fonctionnel de plusieurs types moléculaires envisagés comme inhibiteurs d’entrée du corécepteur CXCR4, soient : 1) de dérivés peptidiques mimant des portions du récepteur 2) de dérivés peptidiques issus du ligand naturel de CXCR4, le SDF-1 et 3) de dérivés du puissant inhibiteur de faible poids moléculaire, le T140. Notre recherche se concentrait sur la mise au point de molécules capables d’inhiber l’entrée du VIH en ciblant sélectivement le corécepteur CXCR4 tout en conservant les fonctions naturelles de ce dernier. Parmi les molécules testées, certaines possèdent un grand potentiel dans le développement de nouveaux médicaments antirétroviraux.

The Ccr5Δ32 Polymorphism In Brazilian Patients With Sickle Cell Disease.

Previous studies on the role of inflammation in the pathophysiology of sickle cell disease (SCD) suggested that the CCR5Δ32 allele, which is responsible for the production of truncated C-C chemokine receptor type 5 (CCR5), could confer a selective advantage on patients with SCD because it leads to a less efficient Th1 response. We determined the frequency of the CCR5Δ32 polymorphism in 795 Afro-Brazilian SCD patients followed up at the Pernambuco Hematology and Hemotherapy Center, in Northeastern Brazil, divided into a pediatric group (3 months-17 years, n = 483) and an adult group (18-70 years, n = 312). The adult patients were also compared to a healthy control group (blood donors, 18-61 years, n = 247). The CCR5/CCR5Δ32 polymorphism was determined by allele-specific PCR. No homozygous patient for the CCR5Δ32 allele was detected. The frequency of heterozygotes in the study population (patients and controls) was 5.8%, in the total SCD patients 5.1%, in the children 5.4%, in the adults with SCD 4.8%, and in the adult controls 8.1%. These differences did not reach statistical significance. Our findings failed to demonstrate an important role of the CCR5Δ32 allele in the population sample studied here.

Tick saliva inhibits the chemotactic function of MIP-1 alpha and selectively impairs chemotaxis of immature dendritic cells by down-regulating cell-surface CCR5

Ticks are blood-feeding arthropods that secrete immunomodulatory molecules through their saliva to antagonize host inflammatory and immune responses. As dendritic cells (DCs) play a major role in host immune responses, we studied the effects of Rhipicephalus sanguineus tick saliva on DC migration and function. Bone marrow-derived immature DCs pre-exposed to tick saliva showed reduced migration towards macrophage inflammatory protein (MIP)-1 alpha, MIP-1 beta and regulated upon activation, normal T cell expressed and secreted (RANTES) chemokines in a Boyden microchamber assay. This inhibition was mediated by saliva which significantly reduced the percentage and the average cell-surface expression of CC chemokine receptor CCR5. In contrast, saliva did not alter migration of DCs towards MIP-3 beta, not even if the cells were induced for maturation. Next, we evaluated the effect of tick saliva on the activity of chemokines related to DC migration and showed that tick saliva per se inhibits the chemotactic function of MIP-1 alpha, while it did not affect RANTES, MIP-1 beta and MIP-3 beta. These data suggest that saliva possibly reduces immature DC migration, while mature DC chemotaxis remains unaffected. In support of this, we have analyzed the percentage of DCs on mice 48 h after intradermal inoculation with saliva and found that the DC turnover in the skin was reduced compared with controls. Finally, to test the biological activity of the saliva-exposed DCs, we transferred DCs pre-cultured with saliva and loaded with the keyhole limpet haemocyanin (KLH) antigen to mice and measured their capacity to induce specific T cell cytokines. Data showed that saliva reduced the synthesis of both T helper (Th)1 and Th2 cytokines, suggesting the induction of a non-polarised T cell response. These findings propose that the inhibition of DCs migratory ability and function may be a relevant mechanism used by ticks to subvert the immune response of the host. (c) 2007 Australian Society for Parasitology Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Better CD4+T Cell Recovery in Brazilian HIV-Infected Individuals Under HAART Due to Cumulative Carriage of SDF-1-3`A, CCR2-V64I, CCR5-D32 and CCR5-Promoter 59029A/G Polymorphisms

Polymorphisms of chemokines and chemokine-receptors genes have been shown to influence the rate of progression to AIDS; however, their influence on response to HAART remains unclear. We investigated the frequency of the SDF-1-3`A, CCR2-64I, CCR5-D32 and CCR5-Promoter-59029-A/G polymorphisms in Brazilian HIV-1-infected and uninfected individuals and their influence on CD4+ T-cell evolution HIV-1 infected individuals before and during HAART. Polymorphism detection was done in a transversal study of 200 HIV-1-infected and 82 uninfected individuals. The rate of CD4+ T cell increase or decrease was studied in a cohort of 155 HIV-1 infected individuals on pre and post-HAART. Polymorphisms were determined by PCR associated with RFLP. The rate of CD4+ T-cell decline or increase was also determined. HIV-1 infected and uninfected subjects showed, respectively, frequencies of 0.193 and 0.220 for SDF-1-3`A, of 0.140 and 0.110 for CCR2-V64I, of 0.038 and 0.055 for CCR5-D32, and of 0.442 and 0.390 for CCR5-P-59029-A/G. HIV-1-infected subjects carrying one, two or three of these four polymorphisms showed better CD4+ T-cell recovery than HIV-1-infected subjects carrying the four wild-type alleles (+2.7, +1.6, +3.5, and -0.9 lymphocytes/mu l/month, respectively). Regression logistic analysis showed that the CCR5-D32/CCR2-V64I association was predictor of positive CD4+ T cell slope after HAART. The distribution of polymorphisms did not differ between HIV-1-infected and uninfected individuals, but differed from more homogenous ethnic groups probably reflecting the miscegenation of the Brazilian population. We add further evidence of the role of these polymorphisms by showing that the CD4 gain was influenced by carriage of one or more of the polymorphisms studied here. These results highlight the possibility that these genetic traits can be useful to identify patients at risk for faster progression to AIDS or therapeutic failure.

CCR5 Down-regulates Osteoclast Function in Orthodontic Tooth Movement

During orthodontic tooth movement, there is local production of chemokines and an influx of leukocytes into the periodontium. CCL5 plays an important role in osteoclast recruitment and activation. This study aimed to investigate whether the CCR5-receptor influences these events and, consequently, orthodontic tooth movement. An orthodontic appliance was placed in wild-type mice (WT) and CCR5-deficient mice (CCR5(-/-)). The expression of mediators involved in bone remodeling was evaluated in periodontal tissues by Real-time PCR. The number of TRAP-positive osteoclasts and the expression of cathepsin K, RANKL, and MMP13 were significantly higher in CCR5(-/-). Meanwhile, the expression of two osteoblastic differentiation markers, RUNX2 and osteocalcin, and that of bone resorption regulators, IL-10 and OPG, were lower in CCR5(-/-). Analysis of the data also showed that CCR5(-/-) exhibited a greater amount of tooth movement after 7 days of mechanical loading. The results suggested that CCR5 might be a down-regulator of alveolar bone resorption during orthodontic movement.

CCR5-dependent regulatory T cell migration mediates fungal survival and severe immunosuppression

Paracoccidioidomycosis, a debilitating pulmonary mycosis, is caused by the dimorphic fungus Paracoccidioides brasiliensis. The infection results in the formation of granulomas containing viable yeast cells that are the fungal sources for disease reactivation. Because CD4(+)CD25(+) regulatory T cells (Tregs) are in the lesions of patients with paracoccidioidomycosis, the migration of Treg cells is dependent on the axis chemokine-chemokine receptors, and CCR5 ligands are produced in P. brasiliensis-induced lesions, we investigated the role of CCR5 in the control of the infection. The results showed that CCR5(-/-) mice are more efficient in controlling fungal growth and dissemination and exhibited smaller granulomas than wild-type (WT) mice. In the absence of CCR5, the percentage of CD4(+)CD25(+) T cells expressing Foxp3, glucocorticoid-induced TNFR (GITR), CD103, CD45(low), and CTLA-4 in the granulomas was significantly decreased. Interestingly, P. brasiliensis infection resulted in an absence of T cell proliferation in response to Con A in WT but not CCR5(-/-) mice that was abrogated by anti-CTLA-4 mAb and anti-GITR mAb. Moreover, the adoptive transfer of CD4(+)CD25(+) but not CD4(+)CD25(-) T cells from infected WT to infected CCR5(-/-) mice resulted in a significant increase in fungal load. Overall, CCR5 is a key receptor for the migration of Treg cells to the site of P. brasiliensis infections leading to down-modulation of effector immune response and the long-term presence of the fungus in the granulomas. Thus, a tight control of Treg cell migration to the granulomatous lesions could be an important mechanism for avoiding exacerbation and reactivation of the disease.

Frequency of CCR5 Delta-32 Mutation in Human Immunodeficiency Virus (HIV)-seropositive and HIV-exposed Seronegative Individuals and in General Population of Medellin, Colombia

Repeated exposure to human immunodeficiency virus (HIV) does not always result in seroconversion. Modifications in coreceptors for HIV entrance to target cells are one of the factors that block the infection. We studied the frequency of Delta-32 mutation in ccr5 gene in Medellin, Colombia. Two hundred and eighteen individuals distributed in three different groups were analyzed for Delta-32 mutation in ccr5 gene by polymerase chain reaction (PCR): 29 HIV seropositive (SP), 39 exposed seronegative (ESN) and 150 individuals as a general population sample (GPS). The frequency of the Delta-32 mutant allele was 3.8% for ESN, 2.7% for GPS and 1.7% for SP. Only one homozygous mutant genotype (Delta-32/Delta-32) was found among the ESN (2.6%). The heterozygous genotype (ccr5/Delta-32) was found in eight GPS (5.3%), in one SP (3.4%) and in one ESN (2.6%). The differences in the allelic and genotypic frequencies among the three groups were not statistically significant. A comparison between the expected and the observed genotypic frequencies showed that these frequencies were significantly different for the ESN group, which indirectly suggests a protective effect of the mutant genotype (Delta-32/Delta-32). Since this mutant genotype explained the resistance of infection in only one of our ESN persons, different mechanisms of protection must be playing a more important role in this population.

TNF/TNFR1 signaling up-regulates CCR5 expression by CD8+ T lymphocytes and promotes heart tissue damage during Trypanosoma cruzi infection: beneficial effects of TNF-α blockade

In Chagas disease, understanding how the immune response controls parasite growth but also leads to heart damage may provide insight into the design of new therapeutic strategies. Tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) is important for resistance to acute Trypanosoma cruzi infection; however, in patients suffering from chronic T. cruzi infection, plasma TNF-α levels correlate with cardiomyopathy. Recent data suggest that CD8-enriched chagasic myocarditis formation involves CCR1/CCR5-mediated cell migration. Herein, the contribution of TNF-α, especially signaling through the receptor TNFR1/p55, to the pathophysiology of T. cruzi infection was evaluated with a focus on the development of myocarditis and heart dysfunction. Colombian strain-infected C57BL/6 mice had increased frequencies of TNFR1/p55+ and TNF-α+ splenocytes. Although TNFR1-/- mice exhibited reduced myocarditis in the absence of parasite burden, they succumbed to acute infection. Similar to C57BL/6 mice, Benznidazole-treated TNFR1-/- mice survived acute infection. In TNFR1-/- mice, reduced CD8-enriched myocarditis was associated with defective activation of CD44+CD62Llow/- and CCR5+ CD8+ lymphocytes. Also, anti-TNF-α treatment reduced the frequency of CD8+CCR5+ circulating cells and myocarditis, though parasite load was unaltered in infected C3H/HeJ mice. TNFR1-/- and anti-TNF-α-treated infected mice showed regular expression of connexin-43 and reduced fibronectin deposition, respectively. Furthermore, anti-TNF-α treatment resulted in lower levels of CK-MB, a cardiomyocyte lesion marker. Our results suggest that TNF/TNFR1 signaling promotes CD8-enriched myocarditis formation and heart tissue damage, implicating the TNF/TNFR1 signaling pathway as a potential therapeutic target for control of T. cruzi-elicited cardiomyopathy.

Identification of peptide ligands to the chemokine receptor CCR5 and their maturation by gene shuffling.

The determination of protein-protein interactions and their role in diverse pathophysiological processes is a promising approach to the identification of molecules of therapeutic potential. This paper describes the identification of peptidic CCR5 receptor ligands as potential drug leads against HIV-1 infection using in vitro evolution based on phage display. A phage-displayed peptide library was used to select for anti-CCR5 peptide. Further in vitro evolution of the peptide by exon shuffling was performed to identify peptides with optimized characteristics for CCR5 receptor. This peptide inhibited HIV coreceptor activity in a cell fusion assay with an IC50 of 5 microM. It did not exhibit either agonistic or antagonistic activity on CCR5 in the concentration range used. To our knowledge, this is a first report that describes the identification of peptide ligands specific to the CCR5 receptor from a phage-displayed library and the maturation of the selected peptide sequence by gene shuffling.

Protection from HIV-1 infection of primary CD4 T cells by CCR5 silencing is effective for the full spectrum of CCR5 expression.

Stable gene silencing by RNA interference (RNAi) can be achieved by expression of small hairpin RNAs (shRNAs) from RNA polymerase III promoters. We have tested lentiviral vectors expressing shRNAs targetting CCR5 in primary CD4 T cells from donors representing various CCR5 and CCR2 genetic backgrounds covering the full spectrum of CCR5 expression levels and permissiveness for HIV-1 infection. A linear decrease in CCR5 expression resulted in a logarithmic decrease in cellular infection, giving up to three logs protection from HIV-1 infection in vitro. Protection was maintained at very high multiplicity of infection. This and other recent reports on RNAi should open a debate about the use of RNAi gene therapy for HIV infection.