Development of synthetic light-chain antibodies as novel and potent HIV fusion inhibitors

This is a non-final version of an article published in final form in AIDS. 2016 Jul 17;30(11):1691-701.

Structural characterization of respiratory syncytial virus fusion inhibitor escape mutants: homology model of the F protein and a syncytium formation assay

Respiratory syncytial virus (RSV) is a ubiquitous human pathogen and the leading cause of lower respiratory tract infections in infants. Infection of cells and subsequent formation of syncytia occur through membrane fusion mediated by the RSV fusion protein (RSV-F). A novel in vitro assay of recombinant RSV-F function has been devised and used to characterize a number of escape mutants for three known inhibitors of RSV-F that have been isolated. Homology modeling of the RSV-F structure has been carried out on the basis of a chimera derived from the crystal structures of the RSV-F core and a fragment from the orthologous fusion protein from Newcastle disease virus (NDV). The structure correlates well with the appearance of RSV-F in electron micrographs, and the residues identified as contributing to specific binding sites for several monoclonal antibodies are arranged in appropriate solvent-accessible clusters. The positions of the characterized resistance mutants in the model structure identify two promising regions for the design of fusion inhibitors. (C) 2003 Elsevier Science (USA). All rights reserved.

Characterization of the HIV protease inhibitor Nelfinavir cellular targets

The HIV protease inhibitors (HIV-PIs) are among the most potent antiviral drugs for the HIV infection. Treatment of patients with HIV-PIs has been linked with development of side effects including dyslipidemia, lipodystrophy syndrome and cardiovascular complications. Moreover, these drugs have shown anti-tumoral activity in non-infected patients but little is known about the involved molecular mechanism for these off-target effects. Here we propose that the HIV-PI Nelfinavir could block a cellular protease thus causing the observed phenotypes. We firstly focus our attention on a cellular protein, DDI2, showing sequence and structural conservation with the HIV protease. We applied cellular and in vitro approaches to produce a correctly folded recombinant protein in order to investigate the presence of a proteolytic activity. Despite the fact that we could identify two techniques that can be applied to produce a folded recombinant DDI2, no proteolytic activity has been identified in the present study. However, we could observe that decreasing the DDI2 levels recapitulated some phenotype observed in presence of HIV-PIs, including the phosphorylation of the protein translation regulators eIF2a and eEF2. As an alternative approach to identify cellular targets for HIV-PIs, we applied a proteomic screening called Slice-SILAC. We focused our attention on the defective maturation of Lamin A, a member of the nuclear lamina, induced by the block of the cellular protease Zmpste24. We demonstrated that Nelfinavir induced accumulation of Prelamin A and nuclear shape defects and in addition caused presence of cytosolic DNA, probably due to TREX1 downregulation. We showed that these phenotypes correlated with activation of the AIM2 inflammasome and IL-lß release. These findings suggest that DDI2 and Zmpste24 are direct or indirect cellular targets for the HIV-PIs and indicate a possible role for these proteins in promoting off-target effects and anti¬tumoral activity observed in HIV-PI treated patients. -- Les inhibiteurs de la protéase du VIH (IP-VIH) sont parmi les médicaments antiviraux les plus efficaces pour l'infection par le VIH. Le traitement des patients avec les IP-VIH cause des effets secondaires comprenant la dyslipidémie, le syndrome de lipodystrophie et les complications cardio-vasculaires. De plus, ces médicaments ont montré une activité anti-tumorale chez les patients non infectés, toutefois le mécanisme moléculaire impliqué dans ces effets hors-cible reste inconnu. Nous proposons que l'IP-VIH Nelfinavir puisse bloquer une protéase cellulaire provoquant les phénotypes observés. De ce fait, nous avons concentré notre attention sur une protéine cellulaire, DDI2, qui possède une séquence et une structure proche de celle de la protéase du VIH. Nous avons appliqué des approches cellulaire et in vitro pour produire une protéine recombinante correctement repliée afin d'étudier son activité protéolytique. Malgré le fait que nous avons pu identifier deux techniques qui peuvent être appliquées pour produire une protéine DDI2 recombinante correctement repliée, aucune activité protéolytique n'a été identifiée dans la présente étude. De plus, nous avons pu observer que la réduction de DDI2 récapitule les phénotypes observé avec le IP-VIH, y compris les phosphorylations de eIF2a et eEF2, impliquées dans la régulation de la traduction protéique. Une approche alternative, appelée Slice-SILAC, a été utilisée afin d'identifier de nouvelles cibles cellulaires du Nelfinavir. Nous avons concentré notre attention sur la maturation défectueuse de la Lamine A, un membre de la lamine nucléaire, induite par l'inhibition de la protéase cellulaire Zmpste24. Nous avons démontré que le Nelfinavir induit une accumulation de Prélamine A déformant la membrane nucléaire et la présence d'ADN cytosolique, probablement en raison de la régulation négative de TREX1. Nous avons montré que ces phénotypes causent l'activation de l'inflammasome AIM2 et la sécrétion d'IL-lß. Ces résultats suggèrent que DDI2 et Zmpste24 sont des cibles cellulaires pour les IP-VIH et indiquent un possible rôle pour ces protéines dans l'apparition d'effets secondaires ainsi que dans l'activité anti-tumorale observée chez les patients traités avec les IP-VIH.

Treatment with the HIV protease inhibitor Nelfinavir triggers the unfolded protein response and may overcome proteasome inhibitor resistance of multiple myeloma in combination with bortezomib: a phase I trial (SAKK 65/08).

Downregulation of the unfolded protein response mediates proteasome inhibitor resistance in Multiple Myeloma.The Human Immunodeficieny Virus protease inhibitor nelfinavir activates the unfolded protein response in vitro. We determined dose limiting toxicity and recommended dose for phase II of nelfinavir in combination with the proteasome inhibitor bortezomib. 12 patients with advanced hematological malignancies were treated with nelfinavir (2500 - 5000 mg/d p.o., d 1-14, 3+3 dose escalation) and bortezomib (1.3 mg/m2, d 1, 4, 8, 11; 21 day cycles). A run in phase with nelfinavir monotherapy allowed pharmakokinetic/pharmakodynamic assessment of nelfinavir in the presence or absence of concomittant bortezomib. Endpoints included dose limiting toxicity, activation of the unfolded protein response, proteasome activity, toxicity and response to trial treatment. Nelfinavir 2 x 2500 mg was the recommended phase II dose identified. Nelfinavir alone significantly upregulated expression of proteins related to the unfolded protein response in peripheral blood mononuclear cells and inhibited proteasome activity. Of 10 evaluable patients in the dose escalation cohort, 3 achieved a partial response, 4 stable disease for ≥ 2 cycles, while 3 had progressive disease as best response. In an exploratory extension cohort with 6 relapsed, bortezomib-refractory, lenalidomide-resistant myeloma patients treated at the recommended phase II dose, 3 reached a partial response, 2 a minor response and one progressive disease. The combination of nelfinavir with bortezomib is safe and shows promising signals for activity in advanced, bortezomib-refractory MM. Induction of the unfolded protein response by nelfinavir may overcome the biological features of proteasome inhibitor resistance. (Trial registration NCT01164709).

Evaluation of Primary Resistance to HIV Entry Inhibitors Among Brazilian Patients Failing Reverse Transcriptase/Protease Inhibitors Treatment Reveal High Prevalence of Maraviroc Resistance-Related Mutations

Entry inhibitor is a new class of drugs that target the viral envelope protein. This region is variable; hence resistance to these drugs may be present before treatment. The aim of this study was to analyze the frequency of patients failing treatment with transcriptase reverse and protease inhibitors that would respond to the entry inhibitors Enfuvirtide, Maraviroc, and BMS-806. The study included 100 HIV-1 positive patients from one outpatient clinic in the city of Sao Paulo, for whom a genotype test was requested due to treatment failure. Proviral DNA was amplified and sequenced for regions of gp120 and gp41. A total of 80 could be sequenced and from those, 73 (91.3%), 5 (6.3%) and 2 (2.5%) were classified as subtype B, F, and recombinants (B/F and B/C), respectively. CXCR4 co-receptor use was predicted in 30% of the strains. Primary resistance to Enfuvirtide was found in 1.3%, following the AIDS Society consensus list, and 10% would be considered resistant if a broader criterion was used. Resistance to BMS-806 was higher; 6 (7.5%), and was associated to non-B strains. Strikingly, 27.5% of samples harbored one or more mutation among A316T, I323V, and S405A, which have been related to decreased susceptibility of Maraviroc; 15% of them among viruses predictive to be R5. A more common mutation was A316T, which was associated to the Brazilian B strain harboring the GWGR motif at the tip of V3 loop and their derivative sequences. These results may be impact guidelines for genotype testing and treatment in Brazil.

Baseline Susceptibility of Primary HIV-2 to Entry Inhibitors

BACKGROUND: The baseline susceptibility of primary HIV-2 to maraviroc (MVC) and other entry inhibitors is currently unknown. METHODS: The susceptibility of 19 HIV-2 isolates obtained from asymptomatic and AIDS patients and seven HIV-1 clinical isolates to the fusion inhibitors enfuvirtide (ENF) and T-1249, and to the coreceptor antagonists AMD3100, TAK-779 and MVC, was measured using a TZM-bl cell-based assay. The 50% inhibitory concentration (IC(50)), 90% inhibitory concentration (IC(90)) and dose-response curve slopes were determined for each drug. RESULTS: ENF and T-1249 were significantly less active on HIV-2 than on HIV-1 (211- and 2-fold, respectively). AMD3100 and TAK-779 inhibited HIV-2 and HIV-1 CXCR4 tropic (X4) and CCR5 tropic (R5) variants with similar IC(50) and IC(90) values. MVC, however, inhibited the replication of R5 HIV-2 variants with significantly higher IC(90) values (42.7 versus 9.7 nM; P<0.0001) and lower slope values (0.7 versus 1.3; P<0.0001) than HIV-1. HIV-2 R5 variants derived from AIDS patients were significantly less sensitive to MVC than variants from asymptomatic patients, this being inversely correlated with the absolute number of CD4(+) T-cells. CONCLUSIONS: T-1249 is a potent inhibitor of HIV-2 replication indicating that new fusion inhibitors might be useful to treat HIV-2 infection. Coreceptor antagonists TAK-779 and AMD3100 are also potent inhibitors of HIV-2 replication. The reduced sensitivity of R5 variants to MVC, especially in severely immunodeficient patients, indicates that the treatment of HIV-2-infected patients with MVC might require higher dosages than those used in HIV-1 patients, and should be adjusted to the disease stage.

Selección de péptidos sintéticos del Virus de la Hepatitis G (GBV-C/HGV) inhibidores del Péptido de Fusión HIV-I

El GB virus C (GBV-C) o virus de l'hepatitis G (HGV) es un virus format per una única cadena de RNA que pertany a la familia Flaviviridae. En els últims anys, s'han publicat nombrosos treballs en els quals s'associa la coinfecció del GBV-C i del virus de la immunodeficiència humana (VIH) amb una menor progressió de l'esmentada malaltia així com amb una major supervivència dels pacients una vegada que la SIDA s'ha desenvolupat. El mecanisme pel qual el virus GBV-C/HGV exerceix un “efecte protector” en els pacients amb VIH encara no està descrit. L’estudi de la interacció entre els virus GBVC/HGV i VIH podria donar lloc al desenvolupament de nous agents terapèutics per al tractament de la SIDA.Treballs recents mostren com la capacitat inhibitòria del virus del GBV-C/HGV és deguda a la seva glicoproteina estructural E2. S’ha vist que aquesta proteina seria capaç d’inhibir la primera fase de replicació de VIH, així com la unió i la fusió amb les membranes cel•lulars. Sobre la base d’aquests estudis, l’objectiu d’aquest treball ha estat seleccionar inhibidors del pèptid de fusió del VIH utilitzant pèptids sintètics de la proteina E2 del GBV-C/HGV. El treball realitzat ha consistit en estudiar, utilitzant assajos biofísics de leakage i de lipid mixing, la capacitat dels pèptids de la proteina estructural del virus del GBV-C/HGV per inhibir la interacció i el procés de desestabilització de membranes induïdes pel pèptid de fusió de la glicoproteina de l’embolcall, GP41, del VIH. Aquests assajos, com es descriu en treballs anteriors, han resultat útils per a la selecció i la identificació de compostos amb activitat específica anti-GP41. Es pot afirmar que efectivament els pèptids seleccionats de la proteina E2 del virus del GBV-C/HGV inhibeixen l’activitat del pèptid de fusió del VIH probablement com a consequència d’un canvi conformacional en aquest darrer.

Discontinuation of enfuvirtide in heavily pretreated HIV-infected individuals.

BACKGROUND: Enfuvirtide was shown to be highly effective in treatment- experienced patients. Data on discontinuation of enfuvirtide and switch to new antiretroviral drugs are scarce. We aimed to evaluate the efficacy and the impact of discontinuing and/or switching enfuvirtide on virologic and clinical parameters in clinical practice. METHODS: All HIV-infected individuals participating in the Swiss HIV Cohort Study who were treated with enfuvirtide for at least 4 weeks in combination with an optimized background antiretroviral regimen were included in this study. RESULTS: A total of 151 patients were analyzed. The median baseline CD4 cell count was 108 cells/microL (interquartile range [IQR] 50-206) and HIV RNA was 4.7 log10 copies/mL (IQR 4.1-5.2). Virologic suppression, defined as a viral load below 50 copies/mL at 12 months, was achieved by 57.6% of patients. Overall, a median CD4 cell increase of 121 cells/microL (IQR 50-189) from baseline was noted. Up to 50% of patients discontinued enfuvirtide within the first year of treatment, mainly because of the patient's choice. After discontinuation of enfuvirtide, high rates of virologic failure and clinical progression were observed, notably when CD4 cell count at stopping enfuvirtide was below 100 cells/microL and no switch to new potent antiretroviral drugs such as darunavir, maraviroc, or raltegravir was performed. CONCLUSIONS: Enfuvirtide provides high virologic and immunologic response in treatment-experienced patients in the setting of clinical practice. Enfuvirtide should not be discontinued but should be replaced by new potent antiretrovirals, particularly in case of severe immunosuppression.

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.

Relapse of Intravenous Drug Use Triggered by Enfuvirtide, a Parenteral Antiretroviral Medication

Fuzeon (R) (enfuvirtide; Hoffmann-LaRoche, Nutley, NJ) is a parenteral medication prescribed to antiretroviral-experienced HIV patients. Clinicians are frequently concerned when prescribing enfuvirtide to former drug addicts because of the risk of triggering relapse, however, no previous report has described this adverse event. We describe two HIV-infected patients, previously abstinent from injection drug use, who experienced relapse or near-relapse situations after starting treatment with enfuvirtide. Along with the concerns related to adherence and to injection site reactions, clinicians who prescribe enfuvirtide should consider and discuss the risk of triggering relapse among former or recovering drug addicts.

Mechanism for active membrane fusion triggering by morbillivirus attachment protein.

The paramyxovirus entry machinery consists of two glycoproteins that tightly cooperate to achieve membrane fusion for cell entry: the tetrameric attachment protein (HN, H, or G, depending on the paramyxovirus genus) and the trimeric fusion protein (F). Here, we explore whether receptor-induced conformational changes within morbillivirus H proteins promote membrane fusion by a mechanism requiring the active destabilization of prefusion F or by the dissociation of prefusion F from intracellularly preformed glycoprotein complexes. To properly probe F conformations, we identified anti-F monoclonal antibodies (MAbs) that recognize conformation-dependent epitopes. Through heat treatment as a surrogate for H-mediated F triggering, we demonstrate with these MAbs that the morbillivirus F trimer contains a sufficiently high inherent activation energy barrier to maintain the metastable prefusion state even in the absence of H. This notion was further validated by exploring the conformational states of destabilized F mutants and stabilized soluble F variants combined with the use of a membrane fusion inhibitor (3g). Taken together, our findings reveal that the morbillivirus H protein must lower the activation energy barrier of metastable prefusion F for fusion triggering.

Identification of a hexapeptide inhibitor of the human immunodeficiency virus integrase protein by using a combinatorial chemical library.

Integration of human immunodeficiency virus (HIV) DNA into the human genome requires the virus-encoded integrase (IN) protein, and therefore the IN protein is a suitable target for antiviral strategies. To find a potent HIV IN inhibitor, we screened a "synthetic peptide combinatorial library." We identified a hexapeptide with the sequence HCKFWW that inhibits IN-mediated 3'-processing and integration with an IC50 of 2 microM. The peptide is active on IN proteins from other retroviruses such as HIV-2, feline immunodeficiency virus, and Moloney murine leukemia virus, supporting the notion that a conserved region of IN is targeted. The hexapeptide was also tested in the disintegration reaction. This phosphoryl-transfer reaction can be carried out by the catalytic core of IN alone, and the peptide HCKFWW was found to inhibit this reaction, suggesting that the hexapeptide acts at or near the catalytic site of IN. Identification of an IN hexapeptide inhibitor provides proof of concept for the approach, and, moreover, this peptide may be useful for structure-function analysis of IN.

Sub-epidemics explain localized high prevalence of reduced susceptibility to Rilpivirine in treatment-naive HIV-1-infected patients: subtype and geographic compartmentalization of baseline resistance mutations

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Optimisation of antiretroviral therapy : pharmacokinetic and pharmacogenetic approaches

Les progrès de la thérapie antirétrovirale ont transformé l'infection par le VIH d'une condition inévitablement fatale à une maladie chronique. En dépit de ce succès, l'échec thérapeutique et la toxicité médicamenteuse restent fréquents. Une réponse inadéquate au traitement est clairement multifactorielle et une individualisation de la posologie des médicaments qui se baserait sur les facteurs démographiques et génétiques des patients et sur les taux sanguins totaux, libres et/ou cellulaires des médicaments pourrait améliorer à la fois l'efficacité et la tolérance de la thérapie, cette dernière étant certainement un enjeu majeur pour un traitement qui se prend à vie.L'objectif global de cette thèse était de mieux comprendre les facteurs pharmacocinétiques (PK) et pharmacogénétiques (PG) influençant l'exposition aux médicaments antirétroviraux (ARVs) nous offrant ainsi une base rationnelle pour l'optimisation du traitement antiviral et pour l'ajustement posologique des médicaments chez les patients VIH-positifs. Une thérapie antirétrovirale adaptée au patient est susceptible d'augmenter la probabilité d'efficacité et de tolérance à ce traitement, permettant ainsi une meilleure compliance à long terme, et réduisant le risque d'émergence de résistance et d'échec thérapeutique.A cet effet, des méthodes de quantification des concentrations plasmatiques totales, libres et cellulaires des ARVs ainsi que de certains de leurs métabolites ont été développées et validées en utilisant la chromatographie liquide coupée à la spectrométrie de masse en tandem. Ces méthodes ont été appliquées pour la surveillance des taux d'ARVs dans diverses populations de patients HIV-positifs. Une étude clinique a été initiée dans le cadre de l'étude VIH Suisse de cohorte mère-enfant afin de déterminer si la grossesse influence la cinétique des ARVs. Les concentrations totales et libres du lopînavir, de l'atazanavir et de la névirapine ont été déterminées chez les femmes enceintes suivies pendant leur grossesse, et celles-ci ont été trouvées non influencées de manière cliniquement significative par la grossesse. Un ajustement posologique de ces ARVs n'est donc pas nécessaire chez les femmes enceintes. Lors d'une petite étude chez des patients HIV- positifs expérimentés, la corrélation entre l'exposition cellulaire et plasmatique des nouveaux ARVs, notamment le raltégravir, a été déterminée. Une bonne corrélation a été obtenue entre taux plasmatiques et cellulaires de raltégravir, suggérant que la surveillance des taux totaux est un substitut satisfaisant. Cependant, une importante variabilité inter¬patient a été observée dans les ratios d'accumulation cellulaire du raltégravir, ce qui devrait encourager des investigations supplémentaires chez les patients en échec sous ce traitement. L'efficacité du suivi thérapeutique des médicaments (TDM) pour l'adaptation des taux d'efavirenz chez des patients avec des concentrations au-dessus de la cible thérapeutique recommandée a été évaluée lors d'une étude prospective. L'adaptation des doses d'efavirenz basée sur le TDM s'est montrée efficace et sûre, soutenant l'utilisation du TDM chez les patients avec concentrations hors cible thérapeutique. L'impact des polymorphismes génétiques des cytochromes P450 (CYP) 2B6, 2A6 et 3A4/5 sur la pharmacocinétique de l'efavirenz et de ces métabolites a été étudié : un modèle de PK de population intégrant les covariats génétiques et démographiques a été construit. Les variations génétiques fonctionnelles dans les voies de métabolisation principales (CYP2B6) et accessoires {CYP2A6et 3A4/S) de l'efavirenz ont un impact sur sa disposition, et peuvent mener à des expositions extrêmes au médicament. Un? ajustement des doses guidé par le TDM est donc recommandé chez ces patients, en accord avec les polymorphismes génétiques.Ainsi, nous avons démonté qu'en utilisant une approche globale tenant compte à la fois des facteurs PK et PG influençant l'exposition aux ARVs chez les patients infectés, il est possible, si nécessaire, d'individualiser la thérapie antirétrovirale dans des situations diverses. L'optimisation du traitement antirétroviral contribue vraisemblablement à une meilleure efficacité thérapeutique à iong terme tout en réduisant la survenue d'effets indésirables.Résumé grand publicOptimisation de la thérapie antirétrovirale: approches pharmacocinétiques et pharmacogénétiquesLes progrès effectués dans le traitement de l'infection par le virus de llmmunodéficienoe humaine acquise (VIH) ont permis de transformer une affection mortelle en une maladie chronique traitable avec des médicaments de plus en plus efficaces. Malgré ce succès, un certain nombre de patients ne répondent pas de façon optimale à leur traitement etyou souffrent d'effets indésirables médicamenteux entraînant de fréquentes modifications dans leur thérapie. Il a été possible de mettre en évidence que l'efficacité d'un traitement antirétroviral est dans la plupart des cas corrélée aux concentrations de médicaments mesurées dans le sang des patients. Cependant, le virus se réplique dans la cellule, et seule la fraction des médicaments non liée aux protéines du plasma sanguin peut entrer dans la cellule et exercer l'activité antirétrovirale au niveau cellulaire. Il existe par ailleurs une importante variabilité des concentrations sanguines de médicament chez des patients prenant pourtant la même dose de médicament. Cette variabilité peut être due à des facteurs démographiques et/ou génétiques susceptibles d'influencer la réponse au traitement antirétroviral.Cette thèse a eu pour objectif de mieux comprendre les facteurs pharmacologiques et génétiques influençant l'efficacité et ta toxicité des médicaments antirétroviraux, dans le but d'individualiser la thérapie antivirale et d'améliorer le suivi des patients HIV-positifs.A cet effet, des méthodes de dosage très sensibles ont été développées pour permettre la quantification des médicaments antirétroviraux dans le sang et les cellules. Ces méthodes analytiques ont été appliquées dans le cadre de diverses études cliniques réalisées avec des patients. Une des études cliniques a recherché s'il y avait un impact des changements physiologiques liés à la grossesse sur les concentrations des médicaments antirétroviraux. Nous avons ainsi pu démontrer que la grossesse n'influençait pas de façon cliniquement significative le devenir des médicaments antirétroviraux chez les femmes enceintes HIV- positives. La posologie de médicaments ne devrait donc pas être modifiée dans cette population de patientes. Par ailleurs, d'autres études ont portés sur les variations génétiques des patients influençant l'activité enzymatique des protéines impliquées dans le métabolisme des médicaments antirétroviraux. Nous avons également étudié l'utilité d'une surveillance des concentrations de médicament (suivi thérapeutique) dans le sang des patients pour l'individualisation des traitements antiviraux. Il a été possible de mettre en évidence des relations significatives entre l'exposition aux médicaments antirétroviraux et l'existence chez les patients de certaines variations génétiques. Nos analyses ont également permis d'étudier les relations entre les concentrations dans le sang des patients et les taux mesurés dans les cellules où le virus HIV se réplique. De plus, la mesure des taux sanguins de médicaments antirétroviraux et leur interprétation a permis d'ajuster la posologie de médicaments chez les patients de façon efficace et sûre.Ainsi, la complémentarité des connaissances pharmacologiques, génétiques et virales s'inscrit dans l'optique d'une stratégie globale de prise en charge du patient et vise à l'individualisation de la thérapie antirétrovirale en fonction des caractéristiques propres de chaque individu. Cette approche contribue ainsi à l'optimisation du traitement antirétroviral dans la perspective d'un succès du traitement à long terme tout en réduisant la probabilité des effets indésirables rencontrés. - The improvement in antirétroviral therapy has transformed HIV infection from an inevitably fatal condition to a chronic, manageable disease. However, treatment failure and drug toxicity are frequent. Inadequate response to treatment is clearly multifactorial and, therefore, dosage individualisation based on demographic factors, genetic markers and measurement of total, free and/or cellular drug level may increase both drug efficacy and tolerability. Drug tolerability is certainly a major issue for a treatment that must be taken indefinitely.The global objective of this thesis aimed at increasing our current understanding of pharmacokinetic (PK) and pharmacogenetic (PG) factors influencing the exposition to antirétroviral drugs (ARVs) in HIV-positive patients. In turn, this should provide us with a rational basis for antiviral treatment optimisation and drug dosage adjustment in HIV- positive patients. Patient's tailored antirétroviral regimen is likely to enhance treatment effectiveness and tolerability, enabling a better compliance over time, and hence reducing the probability of emergence of viral resistance and treatment failure.To that endeavour, analytical methods for the measurement of total plasma, free and cellular concentrations of ARVs and some of their metabolites have been developed and validated using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. These assays have been applied for the monitoring of ARVs levels in various populations of HIV- positive patients. A clinical study has been initiated within the frame of the Mother and Child Swiss HIV Cohort Study to determine whether pregnancy influences the exposition to ARVs. Free and total plasma concentrations of lopinavir, atazanavir and nevirapine have been determined in pregnant women followed during the course of pregnancy, and were found not influenced to a clinically significant extent by pregnancy. Dosage adjustment for these drugs is therefore not required in pregnant women. In a study in treatment- experienced HIV-positive patients, the correlation between cellular and total plasma exposure to new antirétroviral drugs, notably the HIV integrase inhibitor raltegravir, has been determined. A good correlation was obtained between total and cellular levels of raltegravir, suggesting that monitoring of total levels are a satisfactory. However, significant inter-patient variability was observed in raltegravir cell accumulation which should prompt further investigations in patients failing under an integrase inhibitor-based regimen. The effectiveness of therapeutic drug monitoring (TDM) to guide efavirenz dose reduction in patients having concentrations above the recommended therapeutic range was evaluated in a prospective study. TDM-guided dosage adjustment of efavirenz was found feasible and safe, supporting the use of TDM in patients with efavirenz concentrations above therapeutic target. The impact of genetic polymorphisms of cytochromes P450 (CYP) 2B6, 2A6 and 3A4/5 on the PK of efavirenz and its metabolites was studied: a population PK model was built integrating both genetic and demographic covariates. Functional genetic variations in main (CYP2B6) and accessory (2A6, 3A4/5) metabolic pathways of efavirenz have an impact on efavirenz disposition, and may lead to extreme drug exposures. Dosage adjustment guided by TDM is thus required in those patients, according to the pharmacogenetic polymorphism.Thus, we have demonstrated, using a comprehensive approach taking into account both PK and PG factors influencing ARVs exposure in HIV-infected patients, the feasibility of individualising antirétroviral therapy in various situations. Antiviral treatment optimisation is likely to increase long-term treatment success while reducing the occurrence of adverse drug reactions.