Phylogenetic comparison of plasma- and cell subset-derived viral sequences to identify the cellular origin of HIV plasma viremia

Hielscher, Astrid (2020): Phylogenetic comparison of plasma- and cell subset-derived viral sequences to identify the cellular origin of HIV plasma viremia. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

CD4+ T cells provide the major target for HIV infection initiation but productive viral infection is accompanied with CD4 receptor down-modulation. However, it is still not completely understood which cell subsets support HIV infection and replication in vivo and contribute to plasma viremia. Under the assumption that cell-associated HIV nucleotide sequences, quasi-identical to plasmaderived sequences, originate from HIV infected cells producing plasma virus, we analyzed plasma and cell-associated HIV sequences in sorted memory CD45RA- T cell populations including CD4low/- /CD8- T cells, regulatory T cells (Tregs, CD4+CD25+FoxP3+), T-follicular helper cells (Tfh, CD4+CXCR5+) and non-T-follicular helper cells (non-Tfh, CD4+CXCR5-). A nested PCR was used to amplify, clone and sequence the highly variable HIV Envelope (Env) V1V3 region (HxB6559 to 7320) from the sorted cell populations. Nucleotide sequences were aligned with respect to the predicted amino acid sequence of the reference alignment using MEGA6. Up to 4 substitutions between cell and plasma-associated sequences were counted as quasi-identical. Collectively, 621 EnvV1V3 sequences from 9 viremic HIV positive subjects were analyzed. Dual infection evidence was detected in 4 subjects and quasi-identical cell-plasma sequence pairs were detected in 5 of the 9 subjects. For patient H76 3 cell-derived sequences from the CD4low/-/CD8- T cell subset were quasiidentical with 4 distinct plasma sequences. For patient H241 17 cell-derived sequences from the CD4+CD25+FoxP3+ T cell subset were quasi-identical with 2 plasma sequences. For patient H304 1 CD4+CXCR5+ and 1 CD4+CXCR5- cell subset was quasi-identical with 1 plasma sequence. For patient H442 1 CD4+CXCR5- cell subset was quasi-identical with 10 plasma-derived sequences and 1 CD4low/-/CD8- T cell subset was quasi-identical with 1 plasma-derived sequence. For H446 1 CD4+CXCR5- T cell subset was quasi-identical with 1 plasma derived sequence and further 2 CD4+CXCR5- T cell subsets were quasi-identical with 1 other plasma derived sequence. These results are consistent with the concept that the majority of infected memory CD4 T cells in peripheral blood may not contribute to plasma viremia. Furthermore, none of the cell subset-derived sequences preferentially clustered with plasma virus sequences. Rather, the data indicate that all of the studied memory T cell populations can either contribute to plasma virus production and/or have recently become infected.

Abstract

Während CD4+ T-Zellen das Hauptziel einer beginnenden HIV-Infektion darstellen, geht eine produktive Virusinfektion mit einer Herabregulation der CD4-Rezeptoren einher. Bis heute ist jedoch nicht eindeutig geklärt, welche Zellpopulationen eine HIV-Infektion und Replikation in vivo fördern, und zur Plasmavirämie beitragen. Um dies genauer zu charakterisieren, haben wir Plasma und Zell assoziierte HIV Sequenzen aus separierten CD45RA- T-Gedächtniszellpopulationen, einschließlich CD4niedrig/-/CD8- T-Zellen, regulatorischen T-Zellen (Tregs, CD4+CD25+FoxP3+), follikulären THelferzellen (Tfh, CD4+CXCR5+) und nicht-follikulären T-Helferzellen (nicht-Tfh, CD4+CXCR5-) untersucht. Hierbei nahmen wir an, dass Zell assoziierte HIV-Nukleotidsequenzen, quasi-identisch zu Plasma assoziierten Sequenzen, ihren Ursprung aus HIV-infizierten, Virus produzierenden Zellen haben. Um die hochvariable HIV Envelope (Env) V1V3 Region (HxB6559 bis 7320) aus geordneten Zellpopulationen zu amplifizieren, klonieren und zu sequenzieren, wurde eine nested-PCR verwendet. Die resultierenden Nukleotidsequenzen wurden in Aminosäuresequenzen übersetzt, und mithilfe von MEGA6 auf die Referenzsequenz ausgerichtet. Bis zu 4 Substitutionen zwischen Zellund Plasma assoziierten Sequenzen wurden als quasi-identisch gewertet. Insgesamt wurden 621 EnvV1V3-Sequenzen von 9 viremischen, HIV-positiven Probanden analysiert. Dabei wurden bei 4 Probanden Doppelinfektionen mit unterschiedlichen HIV-Stämmen nachgewiesen und quasiidentische Zell-Plasma-Sequenzpaare bei 5 der 9 Probanden entdeckt. Im Detail waren bei Patient H76 3 Sequenzen der CD4niedrig/-/CD8- T-Zellpopulation quasi-identisch zu 4 Plasmasequenzen. Für Patient H241 waren 17 Sequenzen der CD4+CD25+FoxP3+ T-Zellen quasi-identisch zu 2 Plasmasequenzen. Für Patient H304 war 1 Sequenz der CD4+CXCR5+ T-Zell Population und 1 Sequenz der CD4+CXCR5- T-Zellpopulation quasi-identisch zu 1 Plasma assoziierten Sequenz. Bei Patient H442 wurde 1 Sequenz der CD4+CXCR5- Zell assoziierten Population quasi-identisch mit 10 Plasma assoziierten Sequenzen, sowie 1 CD4niedrig/-/CD8- T-Zell Population quasi identisch mit 1 Plasma assoziierten Sequenz gefunden. In Patient H446 wurde 1 CD4+CXCR5- T-Zellpopulation quasi-identisch mit 1 Plasma assoziierten Population und 2 weitere CD4+CXCR5- T-Zellpopulationen quasi-identisch mit einer anderen Plasma assoziierten Population entdeckt. Alles in allem wurde keine einzelne Zellpopulation identifiziert, die dominant Plasma assoziierte Sequenzen produziert. Diese Ergebnisse unterstützen vielmehr das Konzept, dass alle der untersuchten CD4 T-Gedächtniszellen im peripheren Blut zur Plasmavirusproduktion beitragen und/oder kürzlich infiziert wurden.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 5. März 2020
• 1. Bericht­erstatter:in: Hoelscher, Michael