Hepatitis C virus pharmacogenomics in Latin American populations: implications in the era of direct-acting antivirals

In recent years, great progress has been made in the field of new therapeutic options for hepatitis C virus (HCV) infection. The new direct-acting antiviral agents (DAAs) represent a great hope for millions of chronically infected individuals because their use may lead to excellent cure rates with fewer side effects. In Latin America, the high prevalence of HCV genotype 1 infection and the significant association of Native American ancestry with risk predictive single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in IFNL4 and ITPA genes highlight the need to implement new treatment regimens in these populations. However, the universal accessibility to DAAs is still not a reality in the region as their high cost is one of the major, although not the only, limiting factors for their broad implementation. Therefore, under these circumstances, could the assessment of host genetic markers be a useful tool to prioritize DAA treatment until global access to these new drugs can be achieved? This review will summarize the scientific evidences and the potential implications of HCV pharmacogenomics in this rapidly evolving era of anti-HCV drug development.Fil: Trinks, Julieta. Hospital Italiano. Instituto de Ciencias Básicas y Medicina Experimental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Caputo, Mariela. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Servicio de Huellas Digitales Genéticas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Hulaniuk, María L.. Hospital Italiano. Instituto de Ciencias Básicas y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Corach, Daniel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Servicio de Huellas Digitales Genéticas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Flichman, Diego Martin. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Hepatitis B Virus (HBV) and S-Escape Mutants: From the Beginning until Now

Despite of the progress made in vaccine and antiviral therapy development, hepatitis B virus (HBV) infection remains a major health care problem. More than 240 million people are chronically infected worldwide showing differences in the severity of liver disease, clinical outcome and response to immune- and antiviral-therapy. Parameters associated with the host immune system (HBV specific T- and/or B-cell repertoires, defective antigen presentation and diminished Th1/Th2 response ratio) and viral factors such as the HBV genotypes and their evolving variants/mutants, have largely contributed to explaining such differences. The unique genomic structure and replication cycle of HBV provide much opportunity for mutations to occur in any of its genes undergoing selection pressures, such as those associated with the host immune system, the hepatitis B vaccine and/or hepatitis B immune globulin and the antiviral therapy with nucleos(t)ide analogues. Firstly, this review describes the current prevalence of S-escape mutants worldwide. Secondly, the clinical implications of such surface gene variants and the impact of universal hepatitis B vaccination on HBV mutations and genotypes are discussed. Finally, the fact that the immune escape process also extends well beyond HBV is addressed.Fil: Perazzo, Priscila. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica; ArgentinaFil: Eguibar, Nair. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica; ArgentinaFil: Gonzalez, Rodrigo Horacio. Universidad de Buenos Aires; ArgentinaFil: Nusblat, Alejandro David. Universidad de Buenos Aires; ArgentinaFil: Cuestas, María Luján. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica; Argentin

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

Fitness Ranking of Individual Mutants Drives Patterns of Epistatic Interactions in HIV-1

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Viral dynamics during structured treatment interruptions of chronic human immunodeficiency virus type 1 infection

Although antiviral agents which block human immunodeficiency virus (HIV) replication can result in long-term suppression of viral loads to undetectable levels in plasma, long-term therapy fails to eradicate virus, which generally rebounds after a single treatment interruption. Multiple structured treatment interruptions (STIs) have been suggested as a possible strategy that may boost HIV-specific immune responses and control viral replication. We analyze viral dynamics during four consecutive STI cycles in 12 chronically infected patients with a history (>2 years) of viral suppression under highly active antiretroviral therapy. We fitted a simple model of viral rebound to the viral load data from each patient by using a novel statistical approach that allows us to overcome problems of estimating viral dynamics parameters when there are many viral load measurements below the limit of detection. There is an approximate halving of the average viral growth rate between the first and fourth STI cycles, yet the average time between treatment interruption and detection of viral loads in the plasma is approximately the same in the first and fourth interruptions. We hypothesize that reseeding of viral reservoirs during treatment interruptions can account for this discrepancy, although factors such as stochastic effects and the strength of HIV-specific immune responses may also affect the time to viral rebound. We also demonstrate spontaneous drops in viral load in later STIs, which reflect fluctuations in the rates of viral production and/or clearance that may be caused by a complex interaction between virus and target cells and/or immune responses

Hepatitis C virus molecular evolution: Transmission, disease progression and antiviral therapy

Hepatitis C virus (HCV) infection represents an important public health problem worldwide. Reduction of HCV morbidity and mortality is a current challenge owned to several viral and host factors. Virus molecular evolution plays an important role in HCV transmission, disease progression and therapy outcome. The high degree of genetic heterogeneity characteristic of HCV is a key element for the rapid adaptation of the intrahost viral population to different selection pressures (e.g., host immune responses and antiviral therapy). HCV molecular evolution is shaped by different mechanisms including a high mutation rate, genetic bottlenecks, genetic drift, recombination, temporal variations and compartmentalization. These evolutionary processes constantly rearrange the composition of the HCV intrahost population in a staging manner. Remarkable advances in the understanding of the molecular mechanism controlling HCV replication have facilitated the development of a plethora of direct-acting antiviral agents against HCV. As a result, superior sustained viral responses have been attained. The rapidly evolving field of anti-HCV therapy is expected to broad its landscape even further with newer, more potent antivirals, bringing us one step closer to the interferon-free era.Fil: Preciado, María Victoria. Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires. Hospital General de Niños ; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Valva, Pamela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires. Hospital General de Niños ; ArgentinaFil: Escobar Gutierrez, Alejandro. Instituto de Diagnóstico y Referencia Epidemiológicos; MéxicoFil: Rahal, Paula. Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho; BrasilFil: Ruiz Tovar, Karina. Instituto de Diagnóstico y Referencia Epidemiológicos; MéxicoFil: Yamasaki, Lilian. Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho; BrasilFil: Vazquez Chacon, Carlos. Instituto de Diagnóstico y Referencia Epidemiológicos; MéxicoFil: Martinez Guarneros, Armando. Instituto de Diagnóstico y Referencia Epidemiológicos; MéxicoFil: Carpio Pedroza, Juan Carlos. Instituto de Diagnóstico y Referencia Epidemiológicos; MéxicoFil: Fonseca Coronado, Salvador. Universidad Nacional Autónoma de México; MéxicoFil: Cruz Rivera, Mayra. Universidad Nacional Autónoma de México; Méxic

Potential Application of the CRISPR/Cas9 System against Herpesvirus Infections.

The CRISPR/Cas9 system has been applied in the genome editing and disruption of latent infections for herpesviruses such as the herpes simplex virus, Epstein⁻Barr virus, cytomegalovirus, and Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus. CRISPR/Cas9-directed mutagenesis can introduce similar types of mutations to the viral genome as can bacterial artificial chromosome recombination engineering, which maintains and reconstitutes the viral genome successfully. The cleavage mediated by CRISPR/Cas9 enables the manipulation of disease-associated viral strains with unprecedented efficiency and precision. Additionally, current therapies for herpesvirus productive and latent infections are limited in efficacy and cannot eradicate viruses. CRISPR/Cas9 is potentially adapted for antiviral treatment by specifically targeting viral genomes during latent infections. This review, which focuses on recently published progress, suggests that the CRISPR/Cas9 system is not only a useful tool for basic virology research, but also a promising strategy for the control and prevention of herpesvirus latent infections