Download HIV - estrutura, organização genética e ciclo de replicação

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unpublished results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
e-mail: [email protected]
URL: http://web.mac.com/jmiguelap/Entrada_geral/Entrada.html
Família Retroviridae
Sub-família
J Miguel
Azevedo Pereira
FFUL
Género
Exemplos de espécies
Alpharetrovirus
Avian leukosis virus; Rous sarcoma virus
Betaretrovirus
Mouse mammary tumor virus; Mason-Pfizer
monkey virus
Gammaretrovirus Murine leukemia virus; Feline leukemia virus;
Orthoretrovirinae
Spumaretrovirinae
Deltaretrovirus
Bovine leukemia virus; Human Tlymphotropic virus 1; Human T-lymphotropic
virus 2
Epsilonretrovirus
Walleye dermal sarcoma virus
Lentivirus
Human immunodeficiency virus 1; Human
immunodeficiency virus 2; Simian
immunodeficiency virus; Bovine
immunodeficiency virus; Feline
immunodeficiency virus; Visna/maedi virus
Spumavirus
Simian foamy virus 1, Simian foamy virus 3
Origem do HIV
• 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)
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Características do HIV
•
•
•
•
•
•
Vírus com invólucro
Dois tipos: HIV-1 e HIV-2
Agente causal da SIDA
Genoma RNA (duas cadeias)
100 nm de diâmetro
Nucleocápside cónica
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Estrutura do HIV
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J Miguel
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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
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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)
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Glicoproteínas do gene env
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•
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
Glicoproteína de superfície (SU)
•
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
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Glicoproteína transmembranar (TM)
•
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)
•
Envolvida no processo de fusão vírus-célula (péptido de fusão)
A sua região N-terminal, externa ao invólucro viral, está aparentemente
envolvida na trimerização dos heterodímeros SU-TM
Adaptado de Doms & Moore 2000
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Proteínas reguladoras
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Proteína
Tipo
Funções
Tat
Precoce; 14 KDa; localização
nuclear
Activação da transcrição
Rev
Precoce; 19 KDa; localização
nuclear
Nef
Vif
Vpr
Vpu
Vpx
Processamento e transporte
dos mRNA
Precoce; 27 KDa; presente no Degradação do CD4; apoptose;
citoplasma e no virião
estimulação dos Ly T; ↓ MHC I
Eficiência da retrotranscrição;
Tardia; 23 KDa; presente no
inibidor da proteína celular
citoplasma e no virião
Apobec3G
Tardia; 14 KDa; presente no
Entrada do PIC no núcleo;
citoplasma e no virião
bloqueio na fase G2
Tardia; 16 KDa; aparelho de Degradação do CD4; aumento
Golgi e RE
da libertação de viriões
Tardia; 12 KDa; só presente no Desconhecida; sinergia com a
HIV-2 e certos SIV
Vpr(?)
Ciclo de replicação
J Miguel
Azevedo Pereira
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Pathogenesis
of HIV infection:
Virologic
a s p e c t s
José Miguel
Azevedo Pereira
URIA-CPM-FFUL
HIV-2ALI (Azevedo-Pereira, unpublished results)
www.pfizerpro.com
J Miguel Azevedo Pereira - URIA
The HIV...
http://en.wikipedia.org
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HIV Env glycoproteins
www.mcld.co.uk/
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Viral determinants for HIV tropism
HIV-1
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The cell...
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www.cdc.gov/
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Doms. Top HIV Med, 2004
www.pfizerpro.com
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Chemokine receptors as
HIV coreceptors
CCR1
CCR2b
CCR3
CCR4
CCR5
CXCR2
CXCR4
CXCR5
CXCR6
CX3CR1
GPR-1
GPR-15
Apj
ChemR23
RDC1
CCR8
CCR9
BLTR
US28
Azevedo-Pereira et al. Curr. HIV Res, 2005
J Miguel Azevedo Pereira - URIA
For HIV-1...
CCR5 (R5)
CXCR4 (X4)
CCR5 + CXCR4 (R5X4)
...
J Miguel Azevedo Pereira - URIA
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)
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CD4-independent infection
Reeves and Doms. J Gen Virol 2002
J Miguel Azevedo Pereira - URIA
Consequences of HIV
entry
Delivery of HIV genetic material into host cell
J Miguel Azevedo Pereira - URIA
Productive cycle vs. abortive cycle
J Miguel Azevedo Pereira - URIA
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
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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
J Miguel Azevedo Pereira - URIA
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)
J Miguel Azevedo Pereira - URIA
R5 virus Memory CD4+
T-cells
DCs
Macrophages
X4 virus Naive
CD4+
T-cells
J Miguel Azevedo Pereira - URIA
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
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Why X4 viruses only predominate
(...) in late disease stages?
Regoes et al. Trends in Microb 2005
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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 (GraneliPiperno 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)
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However...
Predominance of R5 virus early in infection
is independent of the route of transmission
(parenteral=mucosal)
J Miguel Azevedo Pereira - URIA
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
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R5 to X4 switch - more constrains...
Regoes et al. Trends in Microb 2005
J Miguel Azevedo Pereira - URIA
Regoes et al. Trends in Microb 2005
and more...
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Selection by target cells
Replicative disadvantage
Host immune control
Selection of mutants
Viral fitness of intermediates
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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
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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
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Broader coreceptor usage
Infection of “inappropriate” cell populations
Replication cycle aborted in some intracellular step
Lower replication lower plasma viral load
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Inappropriate engagement of cellular receptors
Inefficient signal transduction
Inefficient cell
activation
Lower apoptosis
induction
Lower virus
production
Minor CD4 ly
depletion
Slower disease
progression
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Diagnóstico da infecção
Métodos indirectos ou serológicos: detecção de anticorpos antiHIV 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)
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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
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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
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