Określenie zarówno cech gospodarza, jak i wirusa, które wpływają na patogenezę HIV-1 i postęp choroby, jest kluczowe dla racjonalnego projektowania szczepionek. Komórkowa odpowiedź immunologiczna jest kluczowym elementem ludzkiej odpowiedzi immunologicznej na zakażenie HIV-1. Cytotoksyczne limfocyty T (CTL) są niezbędne do wstępnej kontroli ostrej wiremii i umożliwiają gospodarzowi ustalenie stanu ustalonego (wartości zadanej) wiremii1,2. Eksperymentalne zubożenie tych komórek efektorowych powoduje utratę kontroli nad wirusem3,4. Mimo to w genomie wirusa powstają mutacje ucieczki, które podważają rozpoznawanie CTL komórek zakażonych wirusem5-9.
Niektóre allele HLA są związane z niższymi wiremiami i wolniejszym postępem choroby, w tym B*57, B*27 i B*8110-15. Część korzyści ochronnych alleli HLA klasy I można przypisać faktowi, że są one ukierunkowane na funkcjonalnie ograniczone regiony genomu, takie jak Gag, i wybierają mutacje ucieczki, które zmniejszają zdolność wirusa do replikacji in vitro16-21. Chociaż ucieczka z komórkowego układu odpornościowego jest korzystna dla wirusa w kontekście selekcji allelu HLA klasy I, efekt tych mutacji może mieć zróżnicowane konsekwencje dla gospodarza po transmisji na osobę niedopasowaną do HLA22,23. W związku z tym zrozumienie wpływu przenoszonych mutacji ucieczki związanych z HLA na zdolność replikacji wirusa będzie ważne dla pogłębienia naszej wiedzy na temat wczesnej patogenezy HIV-1.
Chociaż poczyniono duży postęp w identyfikowaniu i charakteryzowaniu defektów dopasowania poszczególnych mutacji ucieczki związanych ze specyficznymi allelami HLA klasyI 24-29, naturalnie występujące izolaty HIV-1 mają unikalne i złożone ślady polimorfizmów związanych z HLA, prawdopodobnie wynikających z ciśnienia immunologicznego o różnym podłożu immunogenetycznym za pośrednictwem HLA30. W poprzedniej analizie Goepfert i wsp. wykazały, że akumulacja mutacji związanych z HLA w przekazywanych sekwencjach Gag pochodzących od 88 ostro zakażonych Zambijczyków wiązała się ze zmniejszeniem wartości zadanej wiremii31. Sugeruje to, że przenoszenie szkodliwych mutacji ucieczki, szczególnie w Gag, do biorców niedopasowanych do HLA zapewnia korzyści kliniczne i może być spowodowane osłabioną replikacją wirusa. Idąc dalej, konieczne jest zbadanie, w jaki sposób złożone kombinacje polimorfizmów Gag w naturalnie występujących izolatach współpracują ze sobą w celu zdefiniowania cech przenoszonego wirusa, takich jak zdolność replikacji, oraz jak wczesna replikacja może z kolei wpływać na parametry kliniczne HIV-1 i późną patogenezę.
Brockman i wsp. po raz pierwszy wykazali związek między zdolnością replikacji sekwencji gag-pro wyizolowanych podczas przewlekłej infekcji a wiremią zarówno w podtypie C, jak i B infekcji32-35. Podejście eksperymentalne przedstawione w tych badaniach, chociaż odpowiednie do badania zdolności replikacji in vitro sekwencji pochodzących od osób przewlekle zakażonych, ma kilka technicznych zastrzeżeń i ograniczeń, które utrudniają badanie zdolności replikacyjnych HIV-1 u osób z ostrym zakażeniem podtypem C. Metoda ta opiera się na rekombinacji populacyjnych sekwencji amplifikowanych PCR do podwirusa NL4-3 podtypu B, który pochodził częściowo z LAV, laboratoryjnie zaadaptowanego zapasu wirusa36. Wytwarzanie wirusa osiągnięto poprzez jednoczesną transfekcję linii komórek T37 opartej na CEM z amplikonami PCR i strawionym DNA delta-gag-pro NL4-3. Metoda ta wymaga wzrostu wirusa w okresie od tygodni do miesięcy, co może zniekształcić charakter odzyskanego zasobu wirusa w stosunku do quasi-gatunku wirusa in vivo, a tym samym zmienić pomiar zdolności replikacji in vitro. Metoda ta jest bardziej odpowiednia do badania osób przewlekle zakażonych, gdzie skutecznie selekcjonuje wirusa o najwyższej zdolności replikacji i gdzie klonowanie wielu różnych wariantów wirusa od dużej liczby osób przewlekle zakażonych jest dość pracochłonne, a zatem niewykonalne. Jednak u osoby z ostrym zakażeniem na ogół obecny jest jeden do dwóch wariantów, a zatem wyeliminowanie ryzyka wypaczenia charakteru odzyskanego zasobu wirusa poprzez presję selekcyjną in vitro pozwala na dokładniejszą ocenę zdolności replikacji in vitro. Po drugie, metoda ta wymaga ponownego połączenia sekwencji gag-pro podtypu C w szkielet pochodzący z podtypu B i może wprowadzić do analizy błędy niezgodności kręgosłupa. Ze względu na te ograniczenia, duża liczba sekwencji musi być analizowana w celu przezwyciężenia wszelkich potencjalnych wprowadzonych uprzedzeń.
Tutaj opisujemy alternatywne podejście eksperymentalne odpowiednie do badania sekwencji pochodzących od osób zakażonych podtypem C. Używamy strategii klonowania opartej na enzymach restrykcyjnych, aby wprowadzić gen gag pochodzący z punktów czasowych ostrej infekcji osób zakażonych HIV-1 podtypem C do podtypu C rdzenia prowirusa, MJ4. Wykorzystanie MJ4 jako wspólnego szkieletu, w którym można klonować geny gag, ma kluczowe znaczenie dla analizy sekwencji pochodnych podtypu C. MJ4 pochodzi z pierwotnego izolatu38, a zatem byłoby mniej prawdopodobne, że wprowadzi błąd systematyczny z powodu niezgodności podtypu między genem szkieletowym a genem gag. Ponadto podejście polegające na zastosowaniu klonowania restrykcyjnego opartego na enzymach pozwala na bezpośrednią transfekcję konstruktów prowirusowych do komórek 293T oraz na odzyskanie klonalnego zapasu wirusa identycznego ze sklonowaną sekwencją gag.
Metoda przedstawiona poniżej to metoda o wysokiej przepustowości do oceny zdolności replikacji chimerycznych wirusów Gag-MJ4 pochodzących z podtypu C. Transfekcja do komórek 293T jest prosta, a powrót do zdrowia wirusa trwa tylko trzy dni. Zdolność replikacji in vitro jest testowana na tej samej linii komórek T opartej na CEM-CCR5, stworzonej przez Brockmana i wsp.37, ale przy użyciu ważnych modyfikacji protokołu niezbędnych do pomyślnej replikacji chimerycznych wirusów MJ4 podtypu C. Zastosowanie odpowiedniej linii limfocytów T, a nie PBMC, pozwala na przetestowanie dużej liczby wirusów chimerycznych MJ4 podtypu C z wysoką powtarzalnością testu. Wreszcie, użycie znakowanego radioaktywnie testu odwrotnej transkryptazy do ilościowego oznaczania wirusa w supernatancie jest bardziej opłacalne niż stosowanie dostępnych na rynku zestawów ELISA p24. Daje również wyższy zakres dynamiki, co było ważne dla wykrywania zarówno słabo, jak i wysoce replikujących się wirusów w ramach tego samego testu oraz dla wykrywania subtelnych różnic w replikacji między izolatami.
Podsumowując, przedstawiona tutaj metoda pozwoliła na dogłębne badanie zdolności replikacji sekwencji gagowych pochodzących od osób zakażonych podtypem C HIV-1 z Zambii i jak napisano, może być również rozszerzona do badania innych populacji zakażonych podtypem C. Zaobserwowano duży stopień zmienności zdolności replikacyjnych między różnymi izolatami Gag. Ponadto udało nam się wykazać statystyczny związek między zdolnością replikacji przenoszonego Gag a nastawą wiremii, a także ze spadkiem CD4 + w okresie trzech lat39. Wyniki te podkreślają znaczenie badania, w jaki sposób przenoszone cechy wirusa, takie jak zdolność replikacji, oddziałują z układem odpornościowym gospodarza, wpływając na patogenezę we wczesnym okresie infekcji i będą stanowić integralną rolę w opracowywaniu skutecznych interwencji szczepionkowych, a także leczenia.