HIV - estrutura, organização genética e ciclo de replicação

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1 J Miguel Azevedo Pereira FFUL HIV - estrutura, organização genética e ciclo de replicação HIV-2ALI; Azevedo-Pereira et al. unpublished results José Miguel Azevedo Pereira CPM-URIA-FFUL URL:

2 Família Retroviridae J Miguel Azevedo Pereira FFUL Sub-família Género Exemplos de espécies Alpharetrovirus Betaretrovirus Avian leukosis virus; Rous sarcoma virus Mouse mammary tumor virus; Mason-Pfizer monkey virus Orthoretrovirinae Gammaretrovirus Deltaretrovirus Epsilonretrovirus Lentivirus Murine leukemia virus; Feline leukemia virus; Bovine leukemia virus; Human T- lymphotropic virus 1; Human T-lymphotropic virus 2 Walleye dermal sarcoma virus Human immunodeficiency virus 1; Human immunodeficiency virus 2; Simian immunodeficiency virus; Bovine immunodeficiency virus; Feline immunodeficiency virus; Visna/maedi virus Spumaretrovirinae Spumavirus Simian foamy virus 1, Simian foamy virus 3

3 Origem do HIV J Miguel Azevedo Pereira FFUL A SIDA é uma zoonose transmitida do macaco ao Homem (SIV) HIV-1 terá sido transmitido inicialmente por volta de 1930 ± 15 HIV-2 terá sido transmitido por volta de 1940 ± 16 Podem estar a ocorrer episódios zoonóticos no presente (Peeters et al. 2002)

4 Características do HIV J Miguel Azevedo Pereira FFUL Vírus com invólucro Dois tipos: HIV-1 e HIV-2 Agente causal da SIDA Genoma RNA (duas cadeias) 100 nm de diâmetro Nucleocápside cónica

5 Estrutura do HIV J Miguel Azevedo Pereira FFUL

6 J Miguel Azevedo Pereira FFUL

7 Proteínas do gene gag Sintetizadas como uma poliproteína precursora que é clivada dando origem às proteínas: Proteína da matriz (MA), localizada entre a cápside e o invólucro viral Proteína da cápside (CA), que forma o core viral Proteína da nucleocápside (NC), que se encontra intimamente ligada ao RNA genómico J Miguel Azevedo Pereira FFUL

8 Proteínas do gene pol Sintetizadas como uma poliproteína precursora (Gag-Pol) que é clivada dando origem às proteínas: Protease (PR) Transcriptase reversa (TR) Integrase (IN) J Miguel Azevedo Pereira FFUL

9 Glicoproteínas do gene env J Miguel Azevedo Pereira FFUL O gene env codifica duas glicoproteínas: a glicoproteína de superfície (SU ou gp120) e a glicoproteína transmembranar (TM ou gp41) Sintetizadas sob a forma de uma proteína precursora (gp160) altamente glicosilada que é clivada por acção de uma protease celular

10 Glicoproteína de superfície (SU) J Miguel Azevedo Pereira FFUL Responsável pela ligação aos receptores celulares (CD4 e receptor das quimiocinas) que culmina com a fusão do vírus com a célula Principal determinante antigénico Elevada variabilidade genética Adaptado de Doms & Moore 2000

11 Glicoproteína transmembranar (TM) J Miguel Azevedo Pereira FFUL Relativamente hidrofóbica, parte da sua molécula está inserida na bicamada lipídica do invólucro viral Está ligada à SU por ligações não covalentes (heterodímeros SU-TM) A sua região N-terminal, externa ao invólucro viral, está aparentemente envolvida na trimerização dos heterodímeros SU-TM Envolvida no processo de fusão vírus-célula (péptido de fusão) Adaptado de Doms & Moore 2000

12 Proteínas reguladoras J Miguel Azevedo Pereira FFUL

13 J Miguel Azevedo Pereira FFUL Proteína Tipo Funções Tat Rev Nef Vif Vpr Vpu Vpx Precoce; 14 KDa; localização nuclear Precoce; 19 KDa; localização nuclear Precoce; 27 KDa; presente no citoplasma e no virião Tardia; 23 KDa; presente no citoplasma e no virião Tardia; 14 KDa; presente no citoplasma e no virião Tardia; 16 KDa; aparelho de Golgi e RE Tardia; 12 KDa; só presente no HIV-2 e certos SIV Activação da transcrição Processamento e transporte dos mrna Degradação do CD4; apoptose; estimulação dos Ly T; MHC I Eficiência da retrotranscrição; inibidor da proteína celular Apobec3G Entrada do PIC no núcleo; bloqueio na fase G2 Degradação do CD4; aumento da libertação de viriões Desconhecida; sinergia com a Vpr(?)

14 Ciclo de replicação J Miguel Azevedo Pereira FFUL

15 Pathogenesis of HIV infection: V i r o l o g i c a s p e c t s J o s é M i g u e l Azevedo Pereira URIA-CPM-FFUL HIV-2ALI (Azevedo-Pereira, unpublished results)

16

17 The HIV...

18

19 HIV Env glycoproteins

20 Viral determinants for HIV tropism HIV-1

21 The cell...

22

23 Doms. Top HIV Med, 2004

24 Chemokine receptors as HIV coreceptors CCR1 CCR2b CCR3 CCR4 CCR5 CCR8 CCR9 CXCR2 CXCR4 CXCR5 CXCR6 CX3CR1 GPR-1 GPR-15 Apj ChemR23 RDC1 BLTR US28 Azevedo-Pereira et al. Curr. HIV Res, 2005

25 For HIV-1... CCR5 (R5) CXCR4 (X4) CCR5 + CXCR4 (R5X4)...

26 For HIV-2... CCR5 CXCR4 + CCR1, CCR2b, CCR3, CCR4, CCR8, CXCR2, CXCR5, GPR-1, RDC-I (Bron 1997, Guillon 1998, McKnight 1998) Do not use neither CCR5 nor CXCR4 (Sol 1997, Azevedo-Pereira 2003) Infection of target cells in the absence of CD4 (Reeves 1999, Azevedo-Pereira 2003)

27 CD4-independent infection Reeves and Doms. J Gen Virol 2002

28 Consequences of HIV entry Delivery of HIV genetic material into host cell

29 Productive cycle vs. abortive cycle

30 Productive cycle vs. abortive cycle Full permissive cell Stevenson. Nat Med 2003 Must be activated in a short time frame in order to integration occurs

31 Consequences of HIV entry Delivery of HIV genetic material into host cell Cellular receptors engagement by Env glycoproteins triggers the activation of signal transducing pathways

32 Receptor signaling Not required for receptor function in HIV fusion step (Amara et al. J Virol 2003) Directly influence the intracellular viral life cycle after entry Increasing the activation state of target cells (Davis et al. J Exp Med 1997) Regulating cell growth and differentiation (Arthos et al. J Virol 2000) Influencing cell survival - apoptosis (Cicala et al. PNAS 2000) Inducing modifications in cytoskeletal structure (Sasaki et al. BBRC 2004)

33 R5 virus Memory CD4+ T-cells DCs Macrophages X4 virus Naive CD4+ T-cells

34 CXCR4 (X4) strains Increased replication kinetics More cytopathic phenotype Ability to infect an expanded target cell population repertoire in vivo, including timocytes In HIV-1, they arise as a consequence of few amino acid changes in V3 region of SU glycoprotein

35 Why X4 viruses only predominate (...) in late disease stages? Regoes et al. Trends in Microb 2005

36 CCR5 dependence of early events during transmission Epithelial cells express mainly CCR5 and not CXCR4 (Meng et al. Nat Med 2002) Dendritic cells bind R5 virus preferentially (Graneli- Piperno et al. J Virol 1998; Reece et al. J Exp Med 1998) High-levels of SDF-1α (a CXCR4-blocking ligand) is expressed by mucosal surfaces (Agace et al. Curr Biol 2000)

37 However... Predominance of R5 virus early in infection is independent of the route of transmission (parenteral=mucosal)

38 Replicative advantage of R5 virus Less cytopathic = longer life-span of infected cells And... Or... Host immune response inhibits more efficiently the replication of X4 virus than R5 variants

39 R5 to X4 switch - more constrains... Regoes et al. Trends in Microb 2005

40 and more... Regoes et al. Trends in Microb 2005

41 Selection by target cells Replicative disadvantage Host immune control Selection of mutants Viral fitness of intermediates

42 HIV-2 pathogenesis Lower plasma viremia Lower transmission rates - restricted geographic distribution Prolonged asymptomatic period Lower CD4+ T-lymphocyte depletion Far more sensitive to neutralizing antibodies

43 Broader coreceptor usage CD4-independent infection More relaxed conformation of HIV-2 Env glycoproteins Exposure of critical epitopes in coreceptor binding site Induction of efficient neutralizing antibodies

44 Broader coreceptor usage Infection of inappropriate cell populations Replication cycle aborted in some intracellular step Lower replication - lower plasma viral load

45 Inappropriate engagement of cellular receptors Inefficient signal transduction Inefficient cell activation Lower virus production Lower apoptosis induction Minor CD4 ly depletion Slower disease progression

46 Diagnóstico da infecção Métodos indirectos ou serológicos: detecção de anticorpos anti- HIV no soro ou plasma (rastreio e confirmação) Indivíduo com anticorpos = indivíduo infectado (excepto se a idade for < 18 meses) Métodos directos: Detecção das partículas virais (cultura viral) no sangue (CMSP) Detecção de antigénio viral (Ag p24) no soro/plasma Detecção do DNA proviral nas CMSP Determinação da carga viral: prognóstico da infecção e monitorização da terapêutica (plasma) J Miguel Azevedo Pereira FFUL

47 Testes Imunoenzimáticos Antigénios: Lisado viral total; proteínas recombinantes; péptidos sintéticos Os mais recentes (4ª geração) incluem Ag do HIV-1 (todos os subtipos; incluindo o subtipo O) e HIV-2 e anticorpo monoclonal para o Ag p24 Requerem confirmação dos resultados positivos (Western-blot) J Miguel Azevedo Pereira FFUL

48 Critérios de classificação do WB Positivo: anticorpos para, pelo menos, dois dos antigénios codificados pelo gene env (gp160, gp120, gp41; gp140, gp105, gp36) Negativo: ausência de anticorpos para qualquer dos antigénios virais Indeterminado: anticorpos para os antigénios virais, excepto os codificados pelo gene env J Miguel Azevedo Pereira FFUL

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