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The HIV-1 Vif protein is essential for viral fitness and pathogenicity. Vif decreases expression of cellular restriction factors APOBEC3G (A3G), A3F, A3D and A3H, which inhibit HIV-1 replication by inducing hypermutation during reverse transcription. Vif counteracts A3G at several levels (transcription, translation, and protein degradation) that altogether reduce the levels of A3G in cells and prevent its incorporation into viral particles. How Vif affects A3G translation remains unclear. Here, we uncovered the importance of a short conserved uORF (upstream ORF) located within two critical stem-loop structures of the 5′ untranslated region (5′-UTR) of A3G mRNA for this process. A3G translation occurs through a combination of leaky scanning and translation re-initiation and the presence of an intact uORF decreases the extent of global A3G translation under normal conditions. Interestingly, the uORF is also absolutely required for Vif-mediated translation inhibition and redirection of A3G mRNA into stress granules. Overall, we discovered that A3G translation is regulated by a small uORF conserved in the human population and that Vif uses this specific feature to repress its translation.
The process of viral integration into the host genome is an essential step of the HIV-1 life cycle. The viral integrase (IN) enzyme catalyzes integration. IN is an ideal therapeutic enzyme targeted by several drugs; raltegravir (RAL), elvitegravir (EVG), dolutegravir (DTG), and bictegravir (BIC) having been approved by the USA Food and Drug Administration (FDA). Due to high HIV-1 diversity, it is not well understood how specific naturally occurring polymorphisms (NOPs) in IN may affect the structure/function and binding affinity of integrase strand transfer inhibitors (INSTIs). We applied computational methods of molecular modelling and docking to analyze the effect of NOPs on the full-length IN structure and INSTI binding. We identified 13 NOPs within the Cameroonian-derived CRF02_AG IN sequences and further identified 17 NOPs within HIV-1C South African sequences. The NOPs in the IN structures did not show any differences in INSTI binding affinity. However, linear regression analysis revealed a positive correlation between the Ki and EC50 values for DTG and BIC as strong inhibitors of HIV-1 IN subtypes. All INSTIs are clinically effective against diverse HIV-1 strains from INSTI treatment-naïve populations. This study supports the use of second-generation INSTIs such as DTG and BIC as part of first-line combination antiretroviral therapy (cART) regimens, due to a stronger genetic barrier to the emergence of drug resistance.
HINTERGRUND: Um den Erfolg einer antiretroviralen HIV-Therapie zu kontrollieren und Therapieversagen suffizient aufzudecken ist die quantitative Messung der HIV-1 RNA der Bestimmung der CD4-Zellzahl sowie der Beurteilung anhand der Klinik des Patienten überlegen. Die Viruslastbestimmung ist jedoch ein sehr teures Verfahren, sodass Kosten und Infrastruktur häufig die begrenzende Komponente für die Anwendung darstellen. Das gilt besonders für arme Länder, in denen die technische Entwicklung des Gesundheitssystems wenig fortgeschritten ist. In aktuellen Studien konnte gezeigt werden, dass das Poolen von Blutproben, bei einer an die klinische Relevanz angepassten Schwelle, ein effizientes Verfahren ist, um die ART mittels Viruslastbestimmung zu überwachen. Dies gilt, wenn die Therapieversagerquote niedrig ist. In Ländern, in denen der Kostenreduktion der Viruslastbestimmung eine besondere Wichtigkeit zukommt, sind die Durchseuchungsrate und die Therapieversagerquote jedoch oft hoch.
METHODEN: Es wurde das Poolen von Blutplasmaproben, DBS und DPS bei einer Population mit hoher Therapieversagerquote untersucht. Ein Pool wurde jeweils aus fünf Einzelproben angefertigt. Zur Auswertung der Pools aus flüssigen Plasmaproben wurde ein Algorithmus zur Vereinfachung der Dekonvolution angewandt.
ERGEBNISSE: Die Effizienz der Methode bei DPS (n=185) und flüssigem Plasma (n=385) lag zwischen 34,29% und 47,57%. Die Anwendung des Poolingsystems an DBS (n=100) erwies sich als wenig rentabel. Die Effizienz beim Gebrauch von DPS war am höchsten. Die Kosten pro Test konnten hier bei einem negativen Vorhersagewert von 95% und minimalem technischen Aufwand auf fast die Hälfte (21 US$, statt 40 US$ pro Assay) reduziert werden.
SCHLUSSFOLGERUNG: Durch die Kombination von Vorauswahlkriterien und Minipoolmethode können die Kosten für das virologische Monitoring der antiretroviralen Therapie auch in Entwicklungsländern gesenkt werden, ohne wesentliche Verluste in Genauigkeit und Validität der Methode verzeichnen zu müssen. DPS stellen eine erfolgsversprechende Möglichkeit dar, die Viruslastbestimmung auch in abgelegen Regionen ohne entsprechenden Laboratorien zu ermöglichen.
Der Einfluss des PI3-Kinase Signalwegs auf die Regulation des alternativen HIV-1 prä-mRNA Spleißens
(2013)
In der vorliegenden Arbeit wurden ausgehend von HIV-1 basierten Minigenkonstrukten und der proviralen NL4-3 DNA die Einflüsse der PI3K Signalwegmodulation auf das alternative Spleißen der HIV-1 prä-mRNA sowie auf die Virus Replikation untersucht. Mittels RT-PCR Analysen konnte gezeigt werden, dass die PI3K Inhibition im Falle der HIV-1 basierten Minigenkonstrukte in einer erhöhten Abundanz ungespleißter bzw. intronhaltiger mRNAs resultierte, während im Kontext des Virus die Induktion alternativer Tat Transkriptvarianten nachgewiesen werden konnte. Als Folge der Inhibition des PI3K Signalwegs kam es zu einem vermehrten Einschluss der HIV-1 Leader Exone2/2b und 3. Da der Einschluss dieser Exone durch die hnRNP A/B- und F/H-abhängigen Silencer Elemente ESSV und GI2-1 negativ reguliert wird, wurde vermutet, dass die PI3K Inhibition mit der Funktionalität dieser spleißregulatorischen Aktivität interferiert. Unterstützt wurde diese Hypothese durch Replikationsexperimente mit ESSV und GI2-1 Mutanten in Gegenwart und Abwesenheit des PI3K-Inhibitors. Zusätzlich wurde auch der Einfluss des Inhibitors unter Überexpressionsbedingungen von hnRNP H auf das alternative HIV-1 Spleißen analysiert. In dieser Arbeit konnte ebenfalls gezeigt werden, dass die PI3K Inhibition ein verändertes hnRNP H Spleißmuster bedingt sowie die SR-Protein Phosphorylierung und Expression beeinflusst. Des Weiteren war es im Verlauf der vorliegenden Arbeit möglich, eine Interferenz der PI3K Modulation mit der Virus Replikation nachzuweisen. Die Überexpression der aktivierten Akt-Kinase lies hier nur eine sehr geringe Virus Produktion zu während die PI3K Inhibition diese auf ca. die Hälfte reduzierte. Weiterführende Experimente zeigten, dass die Überexpression der aktivierten Akt-Kinase den nuklearen Export Rev-abhängiger HIV-1 mRNAs zu blockieren scheint. Darüber hinaus beeinflusste die PI3K Inhibition neben dem alternativen HIV-1 Spleißen auch die virale Transkription sowie die zelluläre Translation. Zusammen könnten diese Effekte die reduzierte virale Replikation erklären. Der PI3K Signalweg spielt somit eine zentrale Rolle bei dem alternativen HIV-1 Spleißen und der viralen Replikation und bietet so die Möglichkeit der Entwicklung neuer Ansätze einer antiviralen Therapie.
The acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) is currently the most infectious disease worldwide. It is caused by the human immunodeficiency virus (HIV). At the moment there are ~33.3 million people infected with HIV. Sub-Saharan Africa, with ~22.5 million people infected accounts for 68% of the global burden. In most African countries antiretroviral therapy (ART) is administered in limited-resource settings with standardised first- and second-line ART regimens. During this study I analysed the therapy-naïve population of Cape Town, South Africa and Mwanza, Tanzania for any resistance associated mutations (RAMs) against protease inhibitors, nucleoside reverse transcriptase inhibitors and non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors. My results indicate that HIV-1 subtype C accounts for ~95% of all circulating strains in Cape Town, South Africa. I could show that ~3.6% of the patient derived viruses had RAMs, despite patients being therapy-naïve. In Mwanza, Tanzania the HIV drug resistance (HIVDR) prevalence in the therapy-naïve population was 14.8% and significantly higher in the older population, >25 years. Therefore, the current WHO transmitted HIVDR (tHIVDR) survey that is solely focused on the transmission of HIVDR and that excludes patients over 25 years of age may result in substantial underestimation of the prevalence of HIVDR in the therapy-naïve population. Based on the prevalence rates of tHIVDR in the study populations it is recommended that all HIV-1 positive individuals undergo a genotyping resistance test before starting ART. I also characterized vif sequences from HIV-1 infected patients from Cape Town, South Africa as the Vif protein has been shown to counteract the antiretroviral activity of the cellular APOBEC3G/F cytidine deaminases. There is no selective pressure on the HIV-1 Vif protein from current ART regimens and vif sequences was used as an evolutionary control. As the majority of phenotypic resistance assays are still based on HIV-1 subtype B, I wanted to design an infectious HIV-1 subtype C proviral molecular clone that can be used for in vitro assays based on circulating strains in South Africa. Therefore, I characterized an early primary HIV-1 subtype C isolate from Cape Town, South Africa and created a new infectious subtype C proviral molecular clone (pZAC). The new pZAC virus has a significantly higher transient viral titer after transfection and replication rate than the previously published HIV-1 subtype C virus from Botswana. The optimized proviral molecular clone, pZAC could be used in future cell culture and phenotypic HIV resistance assays regarding HIV-1 subtype C.
Immunogenität von retroviralen und lentiviralen Vektoren wurde als ein Haupthindernis für deren Applikation in der Gentherapie betrachtet worden. Dies kann jedoch als Vorteil für den Einsatz dieser Vektoren als Impfstoffkandidaten gegen HIV-Infektion und AIDS genutzt werden. Um das Potenzial von lentiviralen Vektoren eine humorale und zelluläre Immunantwort zu induzieren zu prüfen, wurde eine Reihe VSV-G-pseudotypisierter replikations-inkompetenter HIV-1-Vektoren hergestellt, die entweder ein Kodon-optimiertes HIV-p17/p24 (hgag)- oder das Grün fluoreszierende Protein (GFP)-Transgen enthalten. Die Infektion mit dem VSV-G pseudotypisierten HIV-1-Vektor pGJ2 führte in allen getesteten Zelllinien und auch in primären humanen und murinen Zellen zur Transgenexpression. Ebenfalls konnte eine direkte Expression des Transgens in vivo nachgewiesen werden. Balb/c-Mäuse wurden in einem Vektoren- oder DNA-Prime und Vektoren-Boost-Verfahren immunisiert und die humorale und zelluläre Immunantwort wurde untersucht. Die Primärimmunisierung mit DNA und Boosting mit den lentiviralen Vektoren induzierte eine Gag-spezifische humorale Immunantwort, hohe Titer von VSV-G-neutralisierenden Antikörpern und eine Gag- und EGFP-spezifische zytotoxische T-Zell-Antwort. Dabei wurde festgestellt, dass sowohl Strukturbestandteile des lentiviralen Vektors als auch die Transgenexpression zur Aktivierung der Immunantwort beitrugen. So machen die einzigartigen biologischen und immunologischen Eigenschaften der replikationsdefizienten HIV-Vektoren aus diesen Konstrukten wertvolle Werkzeuge, um weiter die Immunmechanismen, die für den Schutz gegen HIV-Infektion und Krankheit bedeutsam sind, zu studieren. Im Rahmen der hierzu durchgeführten Arbeiten wurden außerdem Vacciniavirus/HIV-1-Hybridvektoren hergestellt und analysiert. Um die Transkription der lentiviralen Vektor-Kassette durch das Vacciniavirus zu ermöglichen, wurde vor den Transkriptionsstart ein Vaccinia-Promotor gesetzt und an das 3’-Ende das Transkription-Stoppsignal angehängt. Obwohl die genomische Analyse eine erfolgreiche Herstellung der Hybridvektoren bestätigen konnte, muss die Produktion der lentiviralen Vektoren nach der Vaccinia-Infektion weiter optimiert werden. Nichtsdestotrotz könnte die Kombination von replizierenden Vacciniaviren und replikationsinkompetenten HIV-Vektoren ein neuartiges Impfkonzept darstellen. Die Expression von HIV-Strukturgenen würde in der ersten Phase der Infektion mit dem Vacciniavirus/HIV-1-Hybridvektor zu einer starken humoralen und zellulären Immunantwort führen. Die Bildung von lentiviralen Vektoren würde diese Immunantwort weiter boosten, und falls die lentivirale Vektorkassette dann ein entsprechendes Transgen enthalten würde, würde dies weiter die Immunantwort verstärken und vor allem könnte diese Art des Impfstoffes eine langzeitige falls nicht dauerhafte HIV-spezifische Immunantwort erzeugen.
Hintergrund : Die HIV-Infektion ist durch eine schwere Beeinträchtigung sowohl der zellulären wie der humoralen Immunantwort gekennzeichnet. Dies kann auch Auswirkungen auf die bei mikrobiellen Infektionen auftretende Aviditätsreifung haben. Wir haben die Kinetik der Anti-HIV-Antikörperavidität bei HIV-Patienten studiert und untersucht, inwieweit die Aviditätsentwicklung mit dem Krankheitsverlauf der Infektion, der CD4-Zellzahl und der HI-Viruslast korreliert und ob der Aviditätsverlauf durch eine hochaktive, antiretrovirale Therapie (HAART) beeinflusst wird. Methoden : Bei insgesamt 39 HIV-Patienten wurden die Anti-gp41-, Anti-gp120- und Anti-p55-IgG-Avidität von Proben aus den Jahren 1991-2001 in ein- bis dreijährigem Abstand bestimmt. Auf der Basis des Infektionsverlaufes wurden die Patienten in vier Gruppen eingeteilt : 1. Langzeitüberlebende (LTS; n=12); 2. Patienten mit rascher Progression der HIV-Infektion vor der HAART-Ära (PROG; n=11); 3. Patienten, die mit HAART behandelt wurden (HAART; n=13); 4. Patienten in der Serokonversionsphase (SKP; n=3). Die Aviditätsbestimmung erfolgte mit Hilfe eines Festphasen-Enzymimmunoassays und 4 M Harnstoff als Elutionsreagenz. Ergebnisse : Unabhängig vom klinischen Status zeigten alle Patienten hohe (>60%) Aviditätswerte für Anti-gp41-IgG. Lediglich bei einem der drei Patienten in der Serokonversionsphase war eine Zunahme der Anti-gp41-IgG-Avidität feststellbar. Die Aviditätswerte für Anti-gp120-IgG bzw- Anti-p55-IgG lagen zwischen 25 und 91 % bzw. 14 und 106 %. Ein Vergleich der Aviditätswerte zwischen den Kollektiven LTS, PROG und HAART ergab keine signifikanten Unterschiede. Die Höhe der CD4-Zellzahl und der HI-Viruslast hatte keinen nachweisbaren Effekt auf den Aviditätsindex. Der Vergleich der Aviditätsdifferenzen für den Zeitraum vor HAART-Beginn mit denen für den Zeitraum während der HAART-Applikation wies keine signifikanten Unterschiede auf. Schlussfolgerungen : Obwohl bei einigen Patienten signifikante Änderungen der Aviditätswerte im Verlauf nachgewiesen werden konnten, ergab sich kein Hinweis darauf, dass die Aviditätsentwicklung durch den Krankheitsverlauf, den Immunstatus oder durch HAART beeinflusst wird.