Loss of function NFKB1 variants are the most common monogenic cause of CVID in Europeans

BACKGROUND: The genetic etiology of primary immunodeficiency disease (PID) carries prognostic information. OBJECTIVE: We conducted a whole-genome sequencing study assessing a large proportion of the NIHR-BioResource - Rare Disease cohort. METHODS: In the predominantly European study population of principally sporadic unrelated PID cases (n=846), a novel Bayesian method identified NFKB1 as one most strongly associated with PID, and the association was explained by 16 novel heterozygous truncating, missense and gene deletion variants. This accounted for 4% of common variable immunodeficiency (CVID) cases (n=390) in the cohort. Amino-acid substitutions predicted to be pathogenic were assessed by analysis of structural protein data. Immunophenotyping, immunoblotting and ex vivo stimulation of lymphocytes determined the functional effects of these variants. Detailed clinical and pedigree information was collected for genotype-phenotype co-segregation analyses. RESULTS: Both sporadic and familial cases demonstrated evidence of the non-infective complications of CVID, including massive lymphadenopathy (24%), unexplained splenomegaly (48%) and autoimmune disease (48%), features prior studies correlate with worse clinical prognosis. Although partial penetrance of clinical symptoms was noted in certain pedigrees, all carriers have a deficiency in B lymphocyte differentiation. Detailed assessment of B lymphocyte numbers, phenotype and function identifies the presence of a raised CD21lowB cell population: combined with identification of the disease-causing variant, this distinguishes between healthy individuals, asymptomatic carriers and clinically affected cases. CONCLUSION: We show that heterozygous loss-of-function variants in NFKB1 are the most common known monogenic cause of CVID that results in a temporally progressive defect in the formation of immunoglobulin-producing B cells

In vitro expanded human CD4+CD25+ regulatory T cells suppress effector T cell proliferation.

Regulatory T cells (Tregs) have been shown to be critical in the balance between autoimmunity and tolerance and have been implicated in several human autoimmune diseases. However, the small number of Tregs in peripheral blood limits their therapeutic potential. Therefore, we developed a protocol that would allow for the expansion of Tregs while retaining their suppressive activity. We isolated CD4+CD25 hi cells from human peripheral blood and expanded them in vitro in the presence of anti-CD3 and anti-CD28 magnetic Xcyte Dynabeads and high concentrations of exogenous Interleukin (IL)-2. Tregs were effectively expanded up to 200-fold while maintaining surface expression of CD25 and other markers of Tregs: CD62L, HLA-DR, CCR6, and FOXP3. The expanded Tregs suppressed proliferation and cytokine secretion of responder PBMCs in co-cultures stimulated with anti-CD3 or alloantigen. Treg expansion is a critical first step before consideration of Tregs as a therapeutic intervention in patients with autoimmune or graft-versus-host disease

A spoonful of sugar: the application of glycopolymers in therapeutics

Glycopolymers, synthetic polymers displaying carbohydrate moieties, have been linked to many potential applications at the biology–chemistry interface. One area that holds particular promise is the employment of glycopolymers as vehicles for therapeutics or as therapeutics themselves. This review summarises some of the more prominent examples as well as those in the early stages of development

Probing entry inhibitors' activity on HIV and development of new fusion inhibitors : integrating evolutionary biology with virology

Tese de doutoramento, Farmácia (Microbiologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2011The general aims of this thesis were: 1) to examine the C2, V3 and C3 envelope regions ofHIV-1 and HIV-2 at the molecular, evolutionary and structural levels; 2) to compare HIV-1and HIV-2 susceptibility to entry inhibitors and assess their potential value in HIV-2therapy; 3) to produce a new fusion inhibitor peptide using evolutionary biology basedstrategies.In the first study (Chapter 2), HIV-1 and HIV-2 were compared at the molecular,evolutionary and structural levels in the C2, V3 and C3 envelope regions. We identifiedsignificant structural and functional constrains to the diversification and evolution of C2,V3 and C3 in the HIV-2 envelope but not in HIV-1. In particular, we found that V3 in HIV-2is less exposed and more conserved than in HIV-1, suggesting fundamental differences inthe biology and infection of these viruses as well as in their susceptibility to entryinhibitors.In the second study (Chapter 3) we measured the baseline susceptibility of HIV-1 and HIV-2primary isolates to different fusion inhibitors and coreceptor antagonists, includingenfuvirtide (T-20) and maraviroc (MVC). MVC inhibited HIV-2 R5 variants at significantlyhigher IC90 concentrations than HIV-1 variants. Moreover, as previously found in HIV-1,susceptibility of HIV-2 R5 variants to MVC was inversely related with CD4+ T cell counts attime of virus isolation. These results suggest that the structure of the envelope complex ofR5 variants changes along the course of infection. More importantly, the results call fornew clinical studies to evaluate the efficacy of MVC in HIV-2 infection and to determine itsbest therapeutic dosage in early and late stage disease. We also provide definitiveevidence demonstrating that T-20 is not useful for HIV-2 therapy.In the final study (Chapter 4), we designed a new HIV fusion inhibitor peptide (P3) basedon the ancestral sequences of the HIV-2 and SIV envelope genes. P3 has an a-helixstructure as demonstrated by circular dichroism. It has broad antiviral activity at thenanomolar range against HIV-1 and HIV-2 primary isolates, including HIV-1 variantsresistant to T-20. Binding ELISA assays and selection of resistant mutants suggest that P3prevents viral fusion by binding to the transmembrane protein in the HR1 region. Thesestudies provide proof of concept that viable antiviral peptides can be constructed usingevolutionary biology strategies. Such strategies should be explored to enhance theproduction of peptide drugs and vaccines.O Vírus da Imunodeficiência Humana do tipo 1 e do tipo 2 (VIH-1 e VIH-2) são os agentes etiológicos do Síndrome de Imunodeficiência Adquirida (SIDA). Embora sejam semelhantes na sua organização estrutural e genómica, estes lentivírus humanos apresentam características antigénicas distintas e partilham uma semelhança genética de apenas 50%. Enquanto o VIH-1 é responsável pela pandemia mundial, a infecção pelo VIH-2 localiza-se sobretudo na África Ocidental, em alguns países europeus como Portugal e França, e na Índia. A infecção pelo VIH-2 tem melhor prognóstico, a progressão para a doença é mais lenta e há melhor controlo imunológico do que na infecção pelo VIH-1. Ao contrário do VIH-1, o arsenal terapêutico actualmente disponível para tratar a infecção por VIH-2 é reduzido. Os fármacos antiretrovirais em uso foram especificamente desenvolvidos para o VIH-1 e, consequentemente, a sua actividade pode ser reduzida ou nula no VIH-2. Este é o caso concreto dos inibidores não nucleosídicos da transcriptase reversa e de alguns inibidores da protease. Neste contexto, os inibidores de entrada poderão ser úteis para tratar a infecção por VIH-2. Contudo, a susceptibilidade dos isolados primários de VIH-2 aos inibidores de entrada é actualmente desconhecida. A susceptibilidade do VIH aos inibidores de entrada é determinada pela qualidade da interacção do vírus com os receptores celulares. O VIH-1 e VIH-2 são substancialmente diferentes a este nível. Por exemplo, o VIH-2 pode ligar-se ao co-receptor CCR5 independentemente do receptor CD4 e da região V3 do invólucro. Por outro lado, as regiões C2, V3 e C3 do VIH-2 são substancialmente diferentes do VIH-1 a nível antigénico. Colectivamente, estes dados indicam que a estrutura e conformação das glicoproteínas de superfície do VIH-1 e VIH-2 são substancialmente diferentes e sugerem que a susceptibilidade e resistência dos dois tipos de vírus aos inibidores de entrada podem também ser diferentes. Os principais objectivos desta tese foram: 1) analisar as características moleculares, estruturais e evolutivas das regiões C2, V3 e C3 no VIH-1 e VIH-2; 2) comparar a susceptibilidade do VIH-1 e VIH-2 aos inibidores de entrada e avaliar o seu potencial terapêutico na infecção por VIH-2; 3) produzir um novo inibidor de fusão para o VIH-2. Para melhor compreender as potenciais diferenças destes dois vírus na resposta aos inibidores de entrada começámos por analisar as características moleculares, estruturais e evolutivas da região V3 e as regiões circundantes C2 e C3, num número significativo de vírus VIH-1 e VIH-2 isolados em Portugal e noutras regiões do globo, com recurso a diferentes metodologias de biologia evolutiva e computacional (Capitulo 2). Apesar da menor variabilidade das 3 regiões no VIH-2, verificámos que a região C3 está sob forte selecção positiva e encontra-se exposta à superfície sugerindo que, tal como no VIH-1, esta região poderá constituir um domínio neutralizante. No entanto, ao contrário do VIH-1, a maioria das mutações adaptativas no VIH-2 são prejudiciais e levam à extinção das linhagens virais pelo que o efeito final é um forte constrangimento à variabilidade das regiões analisadas. Ao contrário do VIH-1, verificámos que a ansa V3 do VIH-2 se encontra oclusa no complexo glicoproteico do invólucro, numa conformação que parece ser estabilizada por interacções que mantém com alguns resíduos da regiões C2 e C3. Estes resultados são consistentes com o facto de a V3 não ser imunodominante no VIH-2, ficando assim mais protegida da resposta imunitária e das eventuais mutações que dela resultam. A forte conservação da V3, da C2 e da C3 também é consistente com a sua potencialmente importante actividade imunosupressora. Em conclusão, este primeiro estudo permitiu caracterizar algumas das características estruturais e funcionais que distinguem as glicoproteínas do invólucro do VIH-1 e do VIH-2 e que estão associadas às diferentes características biológicas e fenotípicas destes dois vírus. Estes dados podem ter impacto na resposta dos dois vírus aos inibidores de entrada (analisado no Capítulo 3) e no desenvolvimento de novas vacinas. No segundo estudo (Capítulo 3) comparámos a actividade antiviral dos antagonistas dos coreceptores (AMD3100, TAK-779 e maraviroc) e dos inibidores de fusão (T-20 e T-1249) entre um grupo de 20 isolados de VIH-2 (19 isolados primários + um isolado laboratorial) e nove isolados de VIH-1 (sete isolados primários + dois isolados laboratoriais). Verificámos que a sensibilidade ao AMD3100 e ao TAK-779 é semelhante no VIH-1 e o VIH-2. No entanto, o perfil da curva dose-resposta do maraviroc (MVC) obtido para os isolados R5 foi diferente nos dois tipos de vírus. No VIH-2 os valores de IC90 foram significativamente mais elevados do que no VIH-1; por outro lado, os declives da curva dose-resposta foram mais baixos no VIH-2 do que no VIH-1. Colectivamente, estes resultados sugerem que poderão ser necessárias concentrações mais elevadas de MVC para tratar os doentes infectados pelo VIH-2. Adicionalmente, encontrámos uma correlação forte e de sentido inverso entre as susceptibilidade do VIH-2 ao MVC e o número de células T CD4+ dos doentes quando os vírus foram isolados. Vírus isolados em doentes em fase de SIDA foram menos susceptíveis ao MVC do que os vírus isolados em doentes com uma contagem de células T CD4+ superior a 200 células/ul. Ao contrário do VIH-1 não encontrámos qualquer correlação entre a carga da V3 e a susceptibilidade dos isolados R5 de VIH-2 ao MVC. De um modo geral, os nossos resultados sugerem que são necessários ensaios clínicos para avaliar a efectividade do MVC na infecção pelo VIH-2, determinar a dose terapêutica mais adequada e esclarecer se é necessário fazer um ajuste de dose de acordo com a fase da doença. Adicionalmente, e uma vez que isolados VIH-2 X4 e populações duplas/mistas são totalmente ou parcialmente resistentes ao MVC, é de extrema importância o desenvolvimento de um ensaio de tropismo (genotípico e/ou fenotípico) para o VIH-2 de modo a determinar o tropismo antes do início da terapia com MVC. Sem o conhecimento prévio do tropismo viral, o tratamento com MVC poderá seleccionar espécies X4 minoritárias que estão associadas a maior resistência à neutralização e uma progressão mais rápida da doença. No que diz respeito aos inibidores de fusão, verificámos que o T-20 tem actividade reduzida no VIH-2, confirmando estudos anteriores realizados com dois isolados laboratoriais. Por outro lado, observámos uma elevada susceptibilidade deste vírus ao T- 1249, indicando que os inibidores de fusão são potencialmente eficazes na infecção pelo VIH-2. Assim, o desenvolvimento de um novo inibidor de fusão do VIH-2 foi o objectivo do último estudo desta tese (Capítulo 4). No Capítulo 4, desenvolvemos novos péptidos inibidores de fusão a partir da reconstrução de sequências ancestrais da glicoproteína gp36 do invólucro de VIH-2 e de Vírus de Imunodeficiência dos Símios (VIS). Com esta abordagem inovadora pretendemos incorporar a história evolutiva dos vírus na sequência dos péptidos e desta forma melhorar a tolerância destas moléculas aos polimorfismos naturais da sua região alvo bem como às mutações de resistência seleccionadas na sua presença. Obteve-se um péptido ancestral (P3) constituído por 34 aminoácidos, cuja sequência corresponde às posições homólogas 628 – 661 da proteína Env do isolado VIH-1 HXB2 (ou 623 – 656 do isolado VIH-2 ROD). A sequência do P3 difere em 21 aminoácidos da sequência consenso de VIH-1, 14 aminoácidos da sequência do T-20 e 6 aminoácidos da sequência consenso de VIH-2. Ao contrário da natureza não-estruturada do T-20, o P3 tem uma conformação típica em hélice-a, o que lhe poderá conferir maior a estabilidade contra a degradação proteolítica, bem como maior afinidade para a região alvo. Por outro lado, o P3 foi facilmente solúvel em soluções aquosas o que é uma vantagem num futuro desenvolvimento de uma fórmula farmacêutica. O P3 demonstrou ter uma forte actividade antiviral contra isolados primários e laboratoriais de VIH-1 e VIH-2 (IC50 médio, 11 nM para o HIV-1 e 63.8 nM para o HIV-2), incluindo variantes resistentes ao T-20 (IC50, 0.15 – 11.8 nM). Através da passagem consecutiva de vírus em cultura na presença do péptido, foi seleccionada uma mutação de resistência na região HR1 da gp41 (VIH-1), a qual é responsável pela redução da susceptibilidade do VIH-1 ao P3 em 120x. Nas mesmas condições, e após 60 dias em cultura, não foi possível seleccionar mutações de resistência ao P3 no VIH-2. Estes resultado, em conjugação com a sua forte ligação à glicoproteína transmembranar de um isolado de VIH-2, indicam que, tal como outros péptidos baseados na região HR2 (T-20, T- 1249), o P3 inibe a entrada do VIH pela interacção com a região HR1 da gp41 e sugerem que a barreira genética para a resistência ao P3 é significativamente superior no VIH-2 do que no VIH-1. Neste estudo demonstrámos ainda que o P3 é significativamente menos antigénico do que o T-20 nos doentes infectados pelo VIH-1 o que poderá traduzir-se numa maior duração da eficácia clínica do P3 em comparação com o T-20. Os resultados obtidos com o P3 demonstram pela primeira vez que é possível desenvolver péptidos com actividade antiviral significativa utilizando metodologias de biologia evolutiva, pelo que esta abordagem poderá ser explorada no futuro para a produção de medicamentos peptídicos e, eventualmente, de vacinas

Interactive computer-based interventions for sexual health promotion (Protocol)

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Role of DNA repair in class switch recombination and somatic hypermutation

Class switch recombination (CSR) and somatic hypermutation (SHM), occurring in the germinal center, are two important processes for B cell development. Both are initiated by activation-induced cytidine deaminase (AID), through deamination of the C residues in the variable and switch regions of the immunoglobulin locus, resulting in either in single stranded or double stranded DNA breaks. At least three pathways (nonhomologous end joining (NHEJ), base excision repair (BER), and mismatch repair (MMR)) have been implicated in processing, repair and ligation of the DNA breaks during CSR and SHM. However, the way in which these pathways are regulated and coordinated to mediate CSR and /or SHM is still not well understood. To explore the potential role of several proteins in CSR and SHM, including Ataxiatelangiectasia and Rad3-related (ATR), Artemis, Cernunnos and the Mre11-Rad50-NBS1 (MRN) complex, CSR junctions and SHM patterns in the immunoglobulin variable region gene were analyzed in patients with deficiency in these factors. We first studied the role of ATR during CSR and SHM. CSR junctions obtained from ATR deficiency (ATRD) patients showed significantly increased usage of microhomology, but impaired end joining with partially complementary (1-3 bp) DNA ends. The SHM pattern was also altered, with fewer mutations occurring at A but more at T residues, representing a loss of strand bias in targeting A/T pairs within certain hotspots. The function of ATR and ATM in CSR and SHM was also compared. Our data suggest that the role of ATR is partially overlapping with ATM, whereas ATR is also endowed with unique functional properties in the repair processes during CSR and SHM. We further studied the CSR junctions in Artemis deficient patients. A significantly increased usage of microhomology of ≥10 bp and an absolute absence of blunt-end joining were observed in Sμ-Sα junctions in the patients. However, the Sμ-Sα junctions obtained from a patient who carried “hypomorphic” mutations appeared to be largely normal in their usage of microhomology, although an unusual type of sequential switching was observed more frequently than expected. These findings suggest that varying modes of CSR junction resolution were used for different S regions, when the function of Artemis is impaired. The altered pattern of CSR junctions also strongly link Artemis to the predominant NHEJ pathway during CSR. CSR junctions were also studied in B cells from Cernunnos deficient patients. These junctions were characterized by a significantly increased usage of microhomology of ≥10 bp and a significantly decreased usage of “direct end joining”. This pattern has previously been observed in B cells deficient for DNA Ligase IV (Lig4), XRCC4, Artemis and ATM, suggesting that Cernunnos is likely to be involved in the DNA Lig4 dependent NHEJ pathway during CSR. One somatically acquired missense mutation (p.Q227R) was also observed in the Cernunnos encoding gene in a germinal B cell like (GCB) diffuse large B cell lymphoma (DLBCL) sample. Two types of translocations (IGH/BCL2 and MYC/IGH) were detected in this tumor sample and one of the switch γ regions appeared to be disrupted during translocation. Clonal-like, dynamic IgA switching activities were also observed, suggesting a link between defects in the Cernunnos dependent NHEJ pathway and aberrant CSR/switch translocations during the development of B cell malignancies. Mutations in Mre11 and NBS1 gene can cause Ataxia-telangiectasia-like disorder (ATLD) and Nijmegen breakage syndrome (NBS) respectively. SHM patterns in cells from these patients were furthermore analyzed. The frequency and distribution of mutations obtained from both patient groups were largely similar to that observed in controls. The mutation pattern from ATLD patients was only slightly changed, with a small increase of the frequency of A to C transversions, suggesting that Mre11 is unlikely to be the major nuclease involved in cleavage of the abasic sites during SHM. The mutation pattern from NBS patients was however, altered with a significantly increased number of G transversions (G→C and G→T), which mainly occurred in AID and/or SHM hotspot motifs. NBS1 might thus have a specific role in regulating the strand-biased repair during phase Ib mutagenesis

Effect of a Single Amino Acid Change in MHC Class I Molecules on the Rate of Progression to AIDS

Background From studies of genetic polymorphisms and the rate of progression from human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infection to the acquired immunodeficiency syndrome (AIDS), it appears that the strongest susceptibility is conferred by the major-histocompatibility-complex (MHC) class I type HLA-B*35,Cw*04 allele. However, cytotoxic T-lymphocyte responses have been observed against HIV-1 epitopes presented by HLA-B*3501, the most common HLA-B*35 subtype. We examined subtypes of HLA-B*35 in five cohorts and analyzed the relation of structural differences between HLA-B*35 subtypes to the risk of progression to AIDS. Methods Genotyping of HLA class I loci was performed for 850 patients who seroconverted and had known dates of HIV-1 infection. Survival analyses with respect to the rate of progression to AIDS were performed to identify the effects of closely related HLAB* 35 subtypes with different peptide-binding specificities. Results HLA-B*35 subtypes were divided into two groups according to peptide-binding specificity: the HLA-B*35-PY group, which consists primarily of HLAB* 3501 and binds epitopes with proline in position 2 and tyrosine in position 9; and the more broadly reactive HLA-B*35-Px group, which also binds epitopes with proline in position 2 but can bind several different amino acids (not including tyrosine) in position 9. The influence of HLA-B*35 in accelerating progression to AIDS was completely attributable to HLAB* 35-Px alleles, some of which differ from HLA-B*35- PY alleles by only one amino acid residue. Conclusions This analysis shows that, in patients with HIV-1 infection, a single amino acid change in HLA molecules has a substantial effect on the rate of progression to AIDS. The different consequences of HLA-B*35-PY and HLA-B*35-Px in terms of disease progression highlight the importance of the epitope specificities of closely related class I molecules in the immune defense against HIV-1