DISSECTING ERAP2 ROLE IN HIV-1 INFECTION [article]

ELISA MARIA LORI
2019
Immune response during HIV-1 infection and replication is quite complex because many viral and host factors, beyond individual variables, are involved at different levels. Many efforts have been made to evaluate the influence of these factors on HIV-1 infection and disease progression mainly focusing on the identification of genetic variants that can play a role in HIV-1 infection susceptibility. These studies have led to the concept of "immunological advantage". Moreover, the immunological
more » ... e immunological advantage characterizing natural resistance to HIV-1 in HESN (HIVexposed seronegative) has been associated with a number of polymorphisms (SNPs) in immune genes (e.g. ERAP2, APOBEC3H, MX2 and TLR3). However, the role of these SNPs in response to combination antiretroviral therapy (cART) has never been investigated. Among "protective" genes mentioned above, Endoplasmic Reticulum Aminopeptidase 2 (ERAP2) is involved in antigen presentation, trimming the amino-terminus of peptide precursors to the correct size for binding to HLA class I molecules. Haplotype-specific alternative splicing of the ERAP2 gene results in either a spliced (Hap B) or full-length (Hap A) mRNA. Interestingly, the frequency of the latter is higher in HESNs individuals and Hap A results correlated to in vitro HIV-1 infection natural resistance. Finally, the possibility of an alternative ERAP2 cellular localization has been recently investigated. The project aims to: 1) deepen the correlation between ERAP2 haplotypes and in vitro HIV-1 susceptibility; 2) investigate the role played by ERAP2 genetic variants and progression of HIV-1 infection in cART treated patients; and 3) examine the molecular mechanism by which Hap A and Hap B control peptide production for antigen presentation and the resulting CD8 mediated immune response. Methodology: To investigate the role of "protective" SNPs in response to cART, 300 HIV-1-infected patients from the Italian ICONA cohort undergoing a first HAART regimen were enrolled and genotyped for the "resistance" variants in ERAP2, TLR3, APOBEC3H and MX2 genes. Periodically (basal, 6 months and 1 year post cART initiation) HIV-infected patients' clinical parameters (gender, CD4/CD8 cell count, viral load, therapies, year of infection, clinical evolution) were collected and analysed for possible correlation with the above mentioned genetic variants. In parallel, to investigate the role of ERAP2 in in vitro HIV-1 susceptibility, PBMCs isolated from 30 healthy control (HC), grouped according to their ERAP2 genotype, were infected with HIV-1Ba-L in presence/absence of recombinant (rh) ERAP2 (100ng/mL) or with/without DG013A (100 nM/mL), an ERAP2 inhibitor, and analysed for: 1) susceptibility to HIV-1 infection (p24 ELISA assay); 2) expression mRNA levels of genes involved in the antigen presentation pathway; 3) MHC class I expression in cells and cytotoxic response by perforin/granzyme expression on CD8+ T cells. In addition, the trimming ability and modulation of CD8+ T cell response of Hap A and Hap B ERAP2 were assessed following transfection of DNA model constructs into ERAP2 deficient cells expressing a peptide precursor and evaluating by CPRG assay and B3Z response. Findings: Results obtained from HIV-1-infected patients undergoing cART therapy did not show any significant correlations between the genotypes of TLR3, APOBEC3G and MX2 (single or combined) and the progression of HIV-1 infection. IV SOMMARIO Introduzione: La risposta immunitaria contro HIV è composita e complessa: entrano in gioco molti fattori appartenenti sia al virus che all'ospite e le variabili interindividuali non sono trascurabili e agiscono su vari livelli. Molti studi sono stati condotti per valutare l'influenza che questi diversi fattori possono esercitare sull'infezione da HIV-1 e sulla progressione della malattia e particolare interesse è stato rivolto all'identificazione di fattori genetici in grado di modulare la suscettibilità all'infezione da HIV. Questo orientamento ha portato alla elaborazione del concetto di "vantaggio immunologico" che sembra contraddistinguere la naturale resistenza ad HIV riscontrata in individui HIV-esposti sieronegativi (HESN). In particolare, in questi soggetti tale resistenza è stata correlata a diversi polimorfismi genetici (SNPs) in geni che esercitano un ruolo nell'organizzazione e funzionamento del sistema immunitario (es. ERAP2, APOBEC3H, MX2 e TLR3). Tuttavia, l'eventuale coinvolgimento di questi SNP in pazienti sieropositivi sottoposti ad una terapia antiretrovirale combinata (cART) non è mai stato investigato. Tra i geni "protettivi" menzionati sopra, Endoplasmic Reticulum Aminopeptidase 2 (ERAP2) è un enzima coinvolto nel processo di presentazione antigenica, infatti, taglia le estremità amino terminali di precursori peptidici adattandoli alla corretta lunghezza per il legame con la tasca delle molecole HLA di classe I. Splicing alternativi aplotipo-specifici sul gene di ERAP2 originano sia un trascritto alternativo (Hap B) sia un trascritto definito fulllenght (Hap A). E' Interessante osservare che la frequenza di quest'ultimo risulta maggiore in individui HESN e, inoltre, la presenza dell'aplotipo A è stata correlata alla naturale resistenza all' infezione da HIV in vitro. Infine, recentemente, è stata discussa la possibilità dell'esistenza di una localizzazione di ERAP2 alternativa da quella consueta a livello del reticolo endoplasmatico. Alla luce di queste osservazioni il progetto di ricerca si propone di: 1) approfondire la correlazione tra aplotipi di ERAP2 e la suscettibilità in vitro al virus dell'HIV-1; 2) investigare il ruolo di varianti genetiche associate ad ERAP2 in rapporto alla progressione dell'infezione virale in pazienti sieropositivi riceventi terapia cART; ed 3) esaminare il meccanismo molecolare attraverso il quale Hap A e Hap B mediano la produzione di peptidi destinati alla presentazione antigenica e, di conseguenza, la risultante risposta immunitaria mediata da linfociti T CD8+. Metodi: Per investigare il ruolo svolto da SNP definiti "protettivi" in risposta alla cART sono stati arruolati 300 pazienti provenienti dalla corte italiana ICONA, riceventi per la prima volta la terapia HAART, sui quali sono state condotte analisi per genotipizzare le varianti resistenti sui geni codificanti ERAP2, TLR3, APOBEC3H e MX2. Periodicamente (basale, 6 mesi ed 1 anno dall'inizio della terapia cART) sono stati raccolti i parametri clinici dei pazienti (genere, conta cellulare CD4/CD8, carica virale (VL), terapia, anno di infezione, evoluzione clinica) e, successivamente, analizzati per identificare una possibile correlazione con le varianti genetiche citate in precedenza. In parallelo, per approfondire il ruolo rivestito da ERAP2 nella suscettibilità in vitro a HIV-1, PBMCs, isolate da 30 donatori sani (HC) suddivisi in funzione del loro VII
doi:10.13130/lori-elisa-maria_phd2019-01-15 fatcat:fmpow4ktubf6zgu3xti6yxjjc4