Modulation of the autophagic pathway inhibits HIV-1 infection in human lymphoid tissue cultured ex vivo

A complex link exists between HIV-1 and autophagy, and discordant results have been reported in different in vitro models regarding the way HIV and autophagy modulate each other. Despite this, there is very limited knowledge about the interplay between HIV and autophagy in vivo in lymphoid tissue, due in part by the lack of cell models that recapitulate the in vivo setting. Here, we evaluate the interrelationship between HIV and autophagy using human ex vivo lymphoid tissue cultures as an HIV infection model. Our results showed that human lymphoid aggregated cultures (HLACs) from tonsillar tissue displayed fully functional autophagic activity. In this system, HIV infection resulted in an increase in autophagy. Notably, we observed that both, autophagy-enhancing (rapamycin) or blocking drugs (3-methyladenine, chloroquine and bafilomycin), were able to decrease HIV-DNA levels and HIV replication. Therefore, efficient HIV-1 replication requires a fine-tuned level of autophagy, so modifications of this balance will have a negative impact on its replication. Therefore, targeting the autophagic pathway could be a new therapeutic approach to be explored to treat HIV-1 infection. Ex vivo cultures of human lymphoid tissue are a suitable model to obtain further insights into HIV and its intricate relationship with autophagy

Modulation of cellular pathways as a therapeutic strategy in HIV infection

La característica distintiva del síndrome de la immunodeficiència adquirida (SIDA) és la progressiva depleció de la població de cèl·lules T CD4+ en sang i una destrucció massiva d’aquestes cèl·lules en teixit limfoide. Tot i que les cèl·lules T CD4+ en sang es recuperen progressivament durant la fase crònica, la seva destrucció en teixit limfoide continua durant el curs de la infecció i no es recuperen completament ni tan sols amb tractament antirretroviral (TAR). Existeix un vincle complex entre el VIH-1 i les vies de supervivència i mort. S’han informat de resultats discordants sobre la interrelació entre el virus i aquestes dues vies cel·lulars. L’objectiu d’aquesta Tesis era evaluar la interacció entre el VIH i la supervivència cel·lular (via autofàgica) i la mort cel·lular (apoptosis) mitjançant el cultiu de teixit limfoide humà ex vivo com a model per evaluar la infecció del VIH. Els nostres resultats van mostrar que els cultius limfoides humans agregats de teixit d’amígdales presentaven una activitat autofàgica completament funcional. En aquest sistema, la infecció pel VIH va donar lloc a un augment de l’autofàgia, malgrat això, aquest increment no estava relacionat amb la pèrdua de funcionalitat autofàgica. En concret, vam observar que tots dos, fàrmacs que augmenten i que bloquegen l’autofàgia, eren capaços de disminuir els nivells de ADN del VIH i la replicació viral. En relació a la mort cel·lular, les nostres dades van mostrar que en teixit limfoide la infecció pel VIH indueix tant la via de la piroptosis (caspasa-1 activa) com de l’apoptosis (caspasa-3 activa). La inhibició d’aquesta activació de caspases amb el Q-VD-Oph (un inhibidor de pan-caspases) va ser capaç de prevenir la depleció de les cèl·lules T CD4+ induida pel VIH, però també la replicació del VIH (de manera independent de l’envolta) amb una disminució tant del ADN total com de l’integrat del VIH. En l’evaluació del mecanisme d’acció de Q-VD-Oph, vam observar que aquest fàrmac induïa un estat antiviral; disminuint l’activació cel·lular, reduint el potencial de membrana mitocondrial i incrementant la resposta interferó de tipus-I. Totes les nostres dades suggereixen que les teràpies dirigides a l’hoste són un enfoc emergent prometedor per fer front a les malalties infeccioses, i poden tenir el potencial tant d’interferir amb els mecanismes de les cèl·lules hostes segrestades pels virus per a una infecció productiva, com per augmentar els mecanismes de defensa del sistema immune innat.La característica distintiva del síndrome de la inmunodeficiencia adquirida (SIDA) es la progresiva depleción de la población de células T CD4+ en sangre y una destrucción masiva de estas células en tejido linfoide. Aunque las células T CD4+ en sangre se recuperan progresivamente durante la fase crónica, su destrucción en el tejido linfoide continua durante el curso de la infección y no se recuperan completamente ni siquiera con tratamiento antirretroviral (TAR). Existe un vínculo complejo entre el VIH-1 y las vías de supervivencia y muerte, y se han informado de resultados discordantes sobre la interrelación entre el virus y estas dos vías celulares. El objetivo de esta Tesis era evaluar la interacción entre el VIH y la supervivencia celular (vía autofagia) y la muerte celular (apoptosis) mediante el cultivo de tejido linfoide humano ex vivo como modelo para evaluar la infección del VIH. Nuestros resultados mostraron que los cultivos linfoides humanos agregados de tejido de amígdala presentaban una actividad autofágica completamente funcional. En este sistema, la infección por VIH dio lugar a un aumento de la autofagia, sin embargo, este incremento no estaba relacionado con la pérdida de la funcionalidad autofágica. En concreto, observamos que ambos, fármacos que aumentan y que bloquean la autofagia, eran capaces de disminuir los niveles de ADN del VIH y la replicación viral. En relación a la muerte celular, nuestros datos mostraron que en tejido linfoide la infección por VIH induce tanto la vía de la piroptosis (caspasa-1 activa) como de la apoptosis (caspasa-3 activa). La inhibición de esta activación de caspasas con el Q-VD-OPh (un inhibidor de pan-caspasas) fue capaz de prevenir la depleción de las células T CD4+ inducida por el VIH, pero también la replicación del VIH (de manera independiente de envuelta) con una disminución tanto del ADN total como del integrado del VIH. En la evaluación del mecanismo de acción de Q-VD-OPh, observamos que este fármaco inducía un estado antiviral; disminuyendo la activación celular, reduciendo el potencial de membrana mitocondrial y incrementando la respuesta interferón de tipo-I. Todos nuestros datos sugieren que las terapias dirigidas al huésped son un enfoque emergente prometedor para hacer frente a las enfermedades infecciosas, y pueden tener el potencial tanto de interferir con los mecanismos de las células huésped secuestradas por el virus para una infección productiva, como para aumentar el mecanismo de defensa del sistema inmune innato.The hallmarks of acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) is a progressive depletion of CD4+ T cell populations in blood and a massive destruction of these cells in lymphoid tissues. Even though CD4+ T cells in blood recover progressively during the chronic phase, their destruction in lymphoid tissue continue during the course of infection and do not recover completely even with antiretroviral treatment (ART). A complex link exists between HIV-1 and the survival and death pathways. Discordant results have been reported regarding the interrelationship between the virus and these two cellular pathways. The aim of this Thesis was to evaluate the interplay between HIV and cell survival (autophagic pathway) and cell death (apoptosis) using human lymphoid tissue cultures ex vivo as a model to evaluate HIV infection. Our results showed that human lymphoid aggregated cultures (HLACs) from tonsillar tissue displayed a fully functional autophagic activity. In this system, HIV infection resulted in an increase in autophagy, however, this increase was not related with a loss of autophagic functionality. Notably, we observed that both, autophagy-enhancing or blocking drugs, were able to decrease HIV-DNA levels and viral replication. Regarding cell death, our data showed that in lymphoid tissue HIV infection induce both pyroptotic (caspase-1 activation) and apoptotic (caspase-3 activation) pathways. The inhibition of caspase activation by Q-VD-OPh (a pan-caspase inhibitor) was able to prevent HIV-induced CD4+ T cell depletion, but also HIV replication (in an envelope-independent manner) with a decrease in both total and integrated HIV DNA. In the evaluation of the mechanism of action of Q-VD-OPh, we observed that this drug was inducing a cellular antiviral state; decreasing cellular activation, decreasing mitochondrial membrane potential and increasing the type-I IFN response. All our data suggest that host-directed therapies are a promising emerging approach in addressing infectious diseases, and may have the potential to both interfere with host cell mechanisms hijacked by viruses for productive infection and boost innate immune defense mechanisms.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Immunologia Avançad

Modulation of cellular pathways as a therapeutic strategy in HIV infection

La característica distintiva del síndrome de la immunodeficiència adquirida (SIDA) és la progressiva depleció de la població de cèl·lules T CD4+ en sang i una destrucció massiva d'aquestes cèl·lules en teixit limfoide. Tot i que les cèl·lules T CD4+ en sang es recuperen progressivament durant la fase crònica, la seva destrucció en teixit limfoide continua durant el curs de la infecció i no es recuperen completament ni tan sols amb tractament antirretroviral (TAR). Existeix un vincle complex entre el VIH-1 i les vies de supervivència i mort. S'han informat de resultats discordants sobre la interrelació entre el virus i aquestes dues vies cel·lulars. L'objectiu d'aquesta Tesis era evaluar la interacció entre el VIH i la supervivència cel·lular (via autofàgica) i la mort cel·lular (apoptosis) mitjançant el cultiu de teixit limfoide humà ex vivo com a model per evaluar la infecció del VIH. Els nostres resultats van mostrar que els cultius limfoides humans agregats de teixit d'amígdales presentaven una activitat autofàgica completament funcional. En aquest sistema, la infecció pel VIH va donar lloc a un augment de l'autofàgia, malgrat això, aquest increment no estava relacionat amb la pèrdua de funcionalitat autofàgica. En concret, vam observar que tots dos, fàrmacs que augmenten i que bloquegen l'autofàgia, eren capaços de disminuir els nivells de ADN del VIH i la replicació viral. En relació a la mort cel·lular, les nostres dades van mostrar que en teixit limfoide la infecció pel VIH indueix tant la via de la piroptosis (caspasa-1 activa) com de l'apoptosis (caspasa-3 activa). La inhibició d'aquesta activació de caspases amb el Q-VD-Oph (un inhibidor de pan-caspases) va ser capaç de prevenir la depleció de les cèl·lules T CD4+ induida pel VIH, però també la replicació del VIH (de manera independent de l'envolta) amb una disminució tant del ADN total com de l'integrat del VIH. En l'evaluació del mecanisme d'acció de Q-VD-Oph, vam observar que aquest fàrmac induïa un estat antiviral; disminuint l'activació cel·lular, reduint el potencial de membrana mitocondrial i incrementant la resposta interferó de tipus-I. Totes les nostres dades suggereixen que les teràpies dirigides a l'hoste són un enfoc emergent prometedor per fer front a les malalties infeccioses, i poden tenir el potencial tant d'interferir amb els mecanismes de les cèl·lules hostes segrestades pels virus per a una infecció productiva, com per augmentar els mecanismes de defensa del sistema immune innat.La característica distintiva del síndrome de la inmunodeficiencia adquirida (SIDA) es la progresiva depleción de la población de células T CD4+ en sangre y una destrucción masiva de estas células en tejido linfoide. Aunque las células T CD4+ en sangre se recuperan progresivamente durante la fase crónica, su destrucción en el tejido linfoide continua durante el curso de la infección y no se recuperan completamente ni siquiera con tratamiento antirretroviral (TAR). Existe un vínculo complejo entre el VIH-1 y las vías de supervivencia y muerte, y se han informado de resultados discordantes sobre la interrelación entre el virus y estas dos vías celulares. El objetivo de esta Tesis era evaluar la interacción entre el VIH y la supervivencia celular (vía autofagia) y la muerte celular (apoptosis) mediante el cultivo de tejido linfoide humano ex vivo como modelo para evaluar la infección del VIH. Nuestros resultados mostraron que los cultivos linfoides humanos agregados de tejido de amígdala presentaban una actividad autofágica completamente funcional. En este sistema, la infección por VIH dio lugar a un aumento de la autofagia, sin embargo, este incremento no estaba relacionado con la pérdida de la funcionalidad autofágica. En concreto, observamos que ambos, fármacos que aumentan y que bloquean la autofagia, eran capaces de disminuir los niveles de ADN del VIH y la replicación viral. En relación a la muerte celular, nuestros datos mostraron que en tejido linfoide la infección por VIH induce tanto la vía de la piroptosis (caspasa-1 activa) como de la apoptosis (caspasa-3 activa). La inhibición de esta activación de caspasas con el Q-VD-OPh (un inhibidor de pan-caspasas) fue capaz de prevenir la depleción de las células T CD4+ inducida por el VIH, pero también la replicación del VIH (de manera independiente de envuelta) con una disminución tanto del ADN total como del integrado del VIH. En la evaluación del mecanismo de acción de Q-VD-OPh, observamos que este fármaco inducía un estado antiviral; disminuyendo la activación celular, reduciendo el potencial de membrana mitocondrial y incrementando la respuesta interferón de tipo-I. Todos nuestros datos sugieren que las terapias dirigidas al huésped son un enfoque emergente prometedor para hacer frente a las enfermedades infecciosas, y pueden tener el potencial tanto de interferir con los mecanismos de las células huésped secuestradas por el virus para una infección productiva, como para aumentar el mecanismo de defensa del sistema inmune innato.The hallmarks of acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) is a progressive depletion of CD4+ T cell populations in blood and a massive destruction of these cells in lymphoid tissues. Even though CD4+ T cells in blood recover progressively during the chronic phase, their destruction in lymphoid tissue continue during the course of infection and do not recover completely even with antiretroviral treatment (ART). A complex link exists between HIV-1 and the survival and death pathways. Discordant results have been reported regarding the interrelationship between the virus and these two cellular pathways. The aim of this Thesis was to evaluate the interplay between HIV and cell survival (autophagic pathway) and cell death (apoptosis) using human lymphoid tissue cultures ex vivo as a model to evaluate HIV infection. Our results showed that human lymphoid aggregated cultures (HLACs) from tonsillar tissue displayed a fully functional autophagic activity. In this system, HIV infection resulted in an increase in autophagy, however, this increase was not related with a loss of autophagic functionality. Notably, we observed that both, autophagy-enhancing or blocking drugs, were able to decrease HIV-DNA levels and viral replication. Regarding cell death, our data showed that in lymphoid tissue HIV infection induce both pyroptotic (caspase-1 activation) and apoptotic (caspase-3 activation) pathways. The inhibition of caspase activation by Q-VD-OPh (a pan-caspase inhibitor) was able to prevent HIV-induced CD4+ T cell depletion, but also HIV replication (in an envelope-independent manner) with a decrease in both total and integrated HIV DNA. In the evaluation of the mechanism of action of Q-VD-OPh, we observed that this drug was inducing a cellular antiviral state; decreasing cellular activation, decreasing mitochondrial membrane potential and increasing the type-I IFN response. All our data suggest that host-directed therapies are a promising emerging approach in addressing infectious diseases, and may have the potential to both interfere with host cell mechanisms hijacked by viruses for productive infection and boost innate immune defense mechanisms

SARS-CoV-2 infection modulates ACE2 function and subsequent inflammatory responses in swabs and plasma of COVID-19 patients

Angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) is a host ectopeptidase and the receptor for the SARS-CoV-2 virus, albeit virus-ACE2 interaction goes far beyond viral entry into target cells. Controversial data exists linking viral infection to changes in ACE2 expression and function, which might influence the subsequent induction of an inflammatory response. Here, we tested the significance of soluble ACE2 enzymatic activity longitudinally in nasopharyngeal swabs and plasma samples of SARS-CoV-2 infected patients, along with the induction of inflammatory cytokines. Release of soluble functional ACE2 increases upon SARS-CoV-2 infection in swabs and plasma of infected patients, albeit rapidly decreasing during infection course in parallel with ACE2 gene expression. Similarly, SARS-CoV-2 infection also induced the expression of inflammatory cytokines. These changes positively correlated with the viral load. Overall, our results demonstrate the existence of mechanisms by which SARS-CoV-2 modulates ACE2 expression and function, intracellular viral sensing and subsequent inflammatory response, offering new insights into ACE2 dynamics in the human upper respiratory tract and pointing towards soluble ACE2 levels as a putative early biomarker of infection severity

Host Anti-antibody Responses Following Adeno-associated Virus–mediated Delivery of Antibodies Against HIV and SIV in Rhesus Monkeys

Long-term delivery of antibodies against the human immunodeficiency virus (HIV) using adeno-associated virus (AAV) vectors is a promising approach for the prevention or treatment of HIV infection. However, host antibody responses to the delivered antibody are a serious concern that could significantly limit the applicability of this approach. Here, we describe the dynamics and characteristics of the anti-antibody responses in monkeys that received either rhesus anti-simian immunodeficiency virus (SIV) antibodies (4L6 or 5L7) in prevention trials or a combination of rhesusized human anti-HIV antibodies (1NC9/8ANC195/3BNC117 or 10–1074/10E8/3BNC117) in therapy trials, all employing AAV1 delivery of IgG1. Eight out of eight monkeys that received the anti-HIV antibodies made persisting antibody responses to all three antibodies in the mix. Six out of six uninfected monkeys that received the anti-SIV antibody 4L6 and three out of six of those receiving anti-SIV antibody 5L7 also generated anti-antibodies. Both heavy and light chains were targeted, predominantly or exclusively to variable regions, and reactivity to complementarity-determining region (CDR)-H3 peptide could be demonstrated. There was a highly significant correlation of the magnitude of anti-antibody responses with the degree of sequence divergence of the delivered antibody from germline. Our results suggest the need for effective strategies to counteract the problem of antibody responses to AAV-delivered antibodies