Apresentação em slides

Fisiopatogenia da Infecção pelo Vírus
da Imunodeficiência Humana
A diversidade genética e sua relação
com os mecanismos de doença
Ricardo Sobhie Diaz
Professor Associado e Livre Docente
Chefe do Laboratório de Retrovirologia
Escola Paulista de Medicina
Universidade Federal de São Paulo
HIV
“Patógeno infeccioso emergente
mais relevante deste século”
Infecção Primária
Infecção Crônica Assintomática
Síndrome da Imunodeficiência Adquirida
Infecção Primária
Infecção Crônica Assintomática
Síndrome da Imunodeficiência Adquirida
Marcadores Imunológicos s e Virológicos do HIV-1 na Infecção
aguda
HIV RNA
plasma
Anticorpos
Anti-HIV
HIV DNA
PBMC
viremia
(infectividade)
exposição
0
10
20
Ag p24
30
Dias
40
50
60
70
80
Fonte: Busch et al, Am. J. Med, 1997
CD4
CXCR4
CCR5
6
HIV-1
gp41
gp120
CD4
CCR5
7
gp41
gp120
CD4
CCR5
8
gp41
gp120
CD4
CCR5
9
gp41
gp120
CD4
CCR5
10
gp41
gp120
CD4
CCR5
11
RNA do HIV-1
nucleocapsídeo do HIV-1
12
Infecção Primária
Infecção Crônica Assintomática
Síndrome da Imunodeficiência Adquirida
INFECÇÃO PRIMÁRIA
Restrição da diversidade
Doador
(“Bottleneck”)
• Genótipo
R5 (NSI)
• Fenótipo
X4 (SI)
Diversidade crescente “quasispecie”
(1% ao ano no envelope)
Receptor
Porque ocorre a restrição
Na diversidade do HIV?
Porque ocorre a restrição
Na diversidade do HIV?
A célula dendrítica
tem somente CCR5
Relação entre fenótipo e
receptores celulares
• R5 (NSI, slow low, M-tropic)
• X4 (SI, rapid high, T-tropic)
CCR5
CxCR4
Genética do CCR5 D32
CCR5 vírus do tipo
selvagem
 CCR5 D32
Normal
Heterozigotos
Homozigotos
wt/wt
wt/D32
D32/D32
2 alelos normais
1 alelo D32
2 alelo D32
Fitness genético
18
Normal
wt/wt
CCR5
CXCR4
19
Homozigotos
D32/D32
2 alelo D32
CXCR4
20
Heterozigotos
wt/D32
1 alelo D32
CCR5
CXCR4
21
Relação entre fenótipo e
receptores celulares
• R5 (NSI, slow low, M-tropic)
• X4 (SI, rapid high, T-tropic)
População
Europa Ocidental *
HIV +
HIV Venezuelanos*
Africanos*
Japoneses*
Brasileiros **
HIV+
HIV-
No
CCR5
CxCR4
CCR5/CCR5
CCR5/ -32
-32/ -32
926
723
46
124
248
89%
82%
100%*
100%*
100%*
11%
17%
0%*
1%*
183
115
88.5%
87.5%
11.5%
12.5%
0%
0%
*Bradbury, Lancet, 348:463, 1996. ** Munerato et al, BJID, 2003 Aug;7(4):236-40
Genética do CCR5 D32
CCR5 vírus do tipo
selvagem
 CCR5 D32
Normal
Heterozigotos
Homozigotos
wt/wt
wt/D32
D32/D32
2 alelos normais
1 alelo D32
2 alelo D32
23
Pacientes Heterozigotos para CCR5 D 32 Têm uma
Progressão Mais Lenta da Doença
H
100
P < .001
P < .001
75
75
Sobrevida (%)
Pacientes Livres de AIDS (%)
100
50
25
50
25
wt/D32
wt/wt
wt/D32
wt/wt
0
0
0
N = 68
N = 275
3
9
12
6
Tempo para soroconversão (anos)
58
228
45
130
35
72
17
25
0
N = 68
N = 275
3
9
12
6
Tempo para soroconversão (anos)
59
239
49
165
36
90
19
28
Adapted from de Roda Husman A-M, et al.
Ann Intern Med. 1997;127:882-890.
Porque a infecção
pela variante R5?
Porque a infecção
pela variante R5?
Impacto do vírus X4 no CD4
Contagem de células CD4
800
NSI para SI
Conversão
600
NSI
400
200
NSI ~ R5
SI ~ D/M ou X4
0
-48
-36
-24
-12
SI
0
12
24
36
Tempo (meses)
Adaptado de Koot M, et al. Ann Intern Med 1993;118:681-688
27
Evolução do Tropismo Viral:
Sempre Predominância de R5
100%
15%
Presença de X4
40%
85%
R5 trópico
60%
0%
Virgens de
Tratamento
Experientes
Brumme ZL, et al. J Infect Dis. 2005;192:466-474.
O preço da ausência da
expressão do CCR5!
Doença do Nilo ocidental (WNV)
-CCR5 é um determinante chave para o tráfego de
leucócitos para o cérebro
- camundongos com deleção de CCR5 sempre
morrem de WNV cerebral
- apresentam redução de NK, leucócitos e cels T
no cérebro.
- mortalidade maior em D32 homozigotos
Infecção Primária
Infecção Crônica Assintomática
Síndrome da Imunodeficiência Adquirida
7
309
6
404
302
5
4
10
0
Dias
10
20
Fonte: DD Ho et al, Nature, 373:123-126, 1995
30
Modelo Simplificado da Dinâmica Viral
P
dV/dT = P -cV
dV/dT = índice de mudança
P = produção
cV = eliminação
dV/dT
cV
“sistema imune”
Fonte: Perelson et al, Science 1996, 271:1582
403
409
RNA cópias/ml (x103)
303
Dias
Dias
Dias
Fonte: DD Ho et al, Nature, 373:123-126, 1995
Linfócitos CD4+
latentemente infectad
Linfócitos CD4+
produtivamante infectados
Š1%
99%
2.6 d
por
geração
Linfócitos CD4+
não infectados
t1/2 ~ 1.6 d
t1/2 ~ 5.7 h
HIV-1
Linfócitos CD4+
não infectados, ativados
Š1%
Linfócitos CD4+
infectados com
vírus defectivo
População celular
de vida longa
Infecção Primária
Infecção Crônica Assintomática
Síndrome da Imunodeficiência Adquirida
Quais os fatores associados à
progressão ?
(danos imunológicos irreversíveis)
• Incapacidade de controlar adequadamente a
replicação viral.
• Aparecimento de cepas citopáticas (SI ou X4)
• Acúmulo da diversidade genética viral
• Tipo da diversidade genética viral
• Hospedeiro
Quais os fatores associados à
progressão ?
(danos imunológicos irreversíveis)
• Incapacidade de controlar adequadamente a
replicação viral.
• Aparecimento de cepas citopáticas (S ou X4I)
• Acúmulo da diversidade genética viral
• Tipo da diversidade genética viral
• Hospedeiro
Sobrevida sem AIDS
Sobrevida e Categorias de HIV-1
Anos após HIV-1 RNA
Anos após HIV-1 RNA
Fonte: Estudos de carga viral do MACS (Mellors et al.)
HIV-RNA (cópias/ml)
<500
5013000
300110000
1000130000
>30000
Média e IC 95% da queda
anual dos níveis de CD4
0
-10
-20
-30
-40
-50
-36,1
-44,9
-55,2
-60
-70
-80
-65,1
-76,8
-90
Fonte: Estudos de carga viral do MACS (Mellors et al.)
Sobrevida sem AIDS
Sobrevida e Categorias de HIV-1
Anos após HIV-1 RNA
Anos após HIV-1 RNA
Fonte: Estudos de carga viral do MACS (Mellors et al.)
RELAÇÃO ENTRE
PROGRESSÃO CLÍNICA E
MARCADORES
LABORATORIAIS
V = Carga Viral
Dd =CD4
Quais os fatores associados à
progressão ?
(danos imunológicos irreversíveis)
• Incapacidade de controlar adequadamente a
replicação viral.
• Aparecimento de cepas citopáticas (SI ou X4)
• Acúmulo da diversidade genética viral
• Tipo da diversidade genética viral
• Hospedeiro
Progressão para Aids em
indivíduos com cepas SI x NSI
(X4 vs R5)
meses de seguimento
meses de seguimento
Goudsmit, J AIDS; 10:15-19, 1995
Evolução da infecção pelo HIV de
acordo com o fenotipo biológico
 Não
progressores: NSI
 Progressores:
NSI
SI (50%)
 Maioria dos portadores de SI
AIDS
Minoria dos portadores de NSI
 Monitorização do fenotipo usando
marcadores da região V3
(Koot 1993, Connor 1993, Tersmette 1989, Sheppard 1993, Tersmette
1990, Koot 1992)
Quais os fatores associados à
progressão ?
(danos imunológicos irreversíveis)
• Incapacidade de controlar
adequadamente a replicação viral.
• Aparecimento de cepas citopáticas (SI)
• Acúmulo da diversidade genética viral
• Tipo da diversidade genética viral
• Hospedeiro
Limiar de Diversidade Genética (Antigênica)
do HIV
• Controle da replicação é perdido quando a
diversidade antigênica do HIV-1 em um
hospedeiro infectado excede a capacidade do
sistema imune do indivíduo responder
eficazmente.
• Quando o limiar da diversidade é ultrapassado, a
viremia aumenta, TCD4 diminui e a doença
progride.
Nowak et al, Science 1991;254:985
Quais os fatores associados à
progressão ?
(danos imunológicos irreversíveis)
• Incapacidade de controlar
adequadamente a replicação viral.
• Aparecimento de cepas citopáticas (SI)
• Acúmulo da diversidade genética viral
• Tipo da diversidade genética viral
• Hospedeiro
CLASSIFICAÇÃO DO HIV
TIPO 1
TIPO 2
De onde surgiu?
Aids é uma Zoonose: doença
transmitida de animais a seres
humanos em condições naturais.
Evidências corroborando
transmissão entre espécies.
•
•
•
•
•
Semelhança na organização genômica
Relação filogenética
Prevalência no hospedeiro natural
Coincidência geográfica
Vias de transmissão plausíveis
HIV-2 Originário de SIV que infecta
sooty mangabey
HIV-1 Originário de SIV que
infecta chimpanzés (SIVcpz)
Como?
Marylin : CPZ importada da
África em 1959, HIV +.
O Pan Troglodytes
troglodytes (chimpanzé) é o
hospedeiro natural e
reservatório do HIV-1
Hann B, 1999, Science
SUBTIPOS DO GRUPO M
Global HIV-1 clade distribution
A/B
North America
B
Europe
B
East Asia
Africa
Latin America
B, C, F, B/F
A/G
O, N
A, C, D, F,
G, H, J, K
C
C
C
B, C
Southeast Asia
A/E
Australia
& New Zealand
B
F
B / Bbz
F
F
C
C
Estrutura dos CRFs
1984
Doador 1
D1
tx
Receptor 1
1986 R1
hemáceas
Doador 2
D2
tx
Receptor duplo Receptor 2
DR
R2
DR, R1 e R2 = recém nascidos prematuros
DR com infecção dupla e recombinação
Fonte: Diaz et al, Journal Virology 68:6340-6346, 1995.
Proporção de subtipos do HIV-1 em membros de
grupo epidemiologicamente relacionado, com
infecção dupla pelos subtipos B e C
Pai
Mãe
120
120
100
100
80
C
60
B
40
80
20
0
0
1995
1997
1998
B
40
20
1992
C
60
1992
1995
1997
1998
Filha
120
100
80
C
60
Análise do C2V3C3 do env gp120
B
40
20
0
1992
1995
1997
1998
Fonte: Costa et al, não publicado
Estabelecimento do HIV-1 recombinante
depende da estrutura do recombinante
Z6
400
Z6Btm
p24 (ng/ml)
300
Z6Benv
Z6Bgp
200
Z6Bgp(vpuZ6)
BR48
100
0
0
6
10
15
20
25
30
Days after infection
35
40
Quando?
Gilbert et al, PNAS 2007, 104:18566
Spread of HIV-1 BF and CB recombinants in South America
Élcio Leal 1, Leonardo O. Martins2, L. Mario Janini1, Ricardo S. Diaz1*
1Federal
University of São Paulo, São Paulo, Brazil,, 2Graduate School of Agriculture and Life Sciences, University of Tokyo
Clade
B
F
BF
B
B
C
CB
Fragment
full-length
full-length
full-length
env (488bp)
pol (948bp)
RT– (579bp)
RT– (579bp)
Data set
B – South America
(L=9853, 1989-2002)
F – Brazil
(L=9853, 1989-2001)
BF – Clade F
(L=1258, 1994-1999)
BF –Clade B
(L=1210, 1999-2002)
C – Brazil
(n=43, 2000)
CB – Brazil
(n=32, 2000)
# of sequenses
9
5
45
19
274
43
32
*Corresponding author: [email protected]
Bayesian Markov chain Monte Carlo (BMCMC) method
Reversible-jump MCMC method
Demographic
model
Logistic
Mean substituions/site year
(m)
0.0054
Origin of the
three
1971
Logistic
(0.001-0.009)
0.004
(1950-1982)
1981
Exponential
(0.001-0.006)
0.009
(1968-1988)
1984
Exponential
(0.005-0.015)
0.07
(1974-1990)
1989
Exponential
(0.002-0.085)
0.0033
(1984-1991)
1987
Exponential
(0.003-0.0034)
0.0031
(1984-1989)
1992
(0.003-0.0033)
(1990-1992)
Evolutionary parameters of
HIV-1 in South America
Basic reproductive number of secondary infection*
Data set
Growth rate R
R0 with D=5 years
(interval)
R0 with D=10
years (interval)
B – South America
(95% HPV interval)
0.281
2.405
3.81
(L=9853, 1989-2002)
F – Brazil
(0.106-0.43)
0.259
(1.53-3.15)
2.295
(2.06-5.3)
3.59
(L=9853, 1989-2001)
BF – Clade F
(0.001-0.5)
0.357
(1.05-3.5)
2.785
(1.1-6.0)
4.57
(L=1258, 1994-1999)
BF –Clade B
(0.272-0.48)
0.670
(2.36-3.4)
4.35
(3.72-5.8)
7.7
(L=1210, 1999-2002)
C – Brazil
(0.468-0.81)
0.72
(3.34-5.05)
4.6
(5.68-9.1)
8.2
(n=43, 2000)
CB – Brazil
(0.49-0.971)
1.56
(3.45-5.855)
8.8
(5.9-10.71)
16.6
(n=32, 2000)
(0.91-2.35)
(5.55-12.75)
(10.1-24.5)
* The basic reproductive number of secondary infections
was calculated with the following formula: R = rD + 1,
where D is the average duration of infectiousness (between
5-10 years) and r is the exponential growth rate.
CONCLUSIONS
Recombinants emerged rapidly after the
introduction of subtypes.
Distinct patterns of HIV non-B behavior in
South America.
-Prevalence of pure clade F completed
obscured into the epidemics.
-High growth rate and consequent high R of
BF, C, and CB.
CRF12 has extremely high grows rates, but
expanded in Argentina and not in Brazil.
Expansion probably influenced by the
capacity of the newly arriving strain to
establish a critical number of infections
before it recombines with the previous
circulating subtype.
• HIV-2
– Carga viral menor
– Progressão mais lenta
– Transmissão menor
• Marlink R et al. Science 1994;265:1587-90
• Subtipos – C e D versus A e G
• Kanki P et al. JID 1999;79(1):68-73
Fusuma et al. Aids Research and Human Retroviruses, 2005
Fusuma et al. Aids Research and Human Retroviruses, 2005
• HIV-2
– Carga viral menor
– Progressão mais lenta
– Transmissão menor
• Marlink R et al. Science 1994;265:1587-90
• Subtipos – C e D versus A e G
• Kanki P et al. JID 1999;79(1):68-73
Disease Progression
Does subtype affect disease progression?
J Infect Dis. 1999 Jan;179(1):68-73.
The Journal of Infectious Diseases 2007;195:1177
HIV‐1 Subtype D Infection Is Associated with Faster Disease Progression
than Subtype A in Spite of Similar Plasma HIV‐1 Loads
Jared M. Baeten,,Bhavna Chohan,Ludo Lavreys,Vrasha Chohan,R. Scott McClella
nd,Laura Certain,Kishorchandra Mandaliya,Walter Jaoko, and Julie Overbaugh
Quais os fatores associados à
progressão ?
(danos imunológicos irreversíveis)
• Incapacidade de controlar
adequadamente a replicação viral.
• Aparecimento de cepas citopáticas (SI)
• Aumento da diversidade genética viral
• Tipo/Subtipo HIV
• Hospedeiro
• Co receptores
– CCR5D32 (Dean M et al Science 1996;273:1856-62
– CCR5 m303 (Quillent C et al Lancet 1998;351:14-8)
– CCR2-64I (Smith MW et al. Science 1997;277:959-65.
• HLA
– Homozigose HLA-B (BW4).
• O’Brien SJ et al. Trends Mol Med 2001, 7(9):379-81
– HLA-A32 2 A25
• Geczy AF et al, Human Immunol 2000, 61(2):172-6
• Apoptose
• Meyaard L etal. Science 1992;257:217-9.
• Ativação imune
Interação vírus hospedeiro determina a evolução da
doença (não é somente o vírus!)
Sooty Mangabey
Macaco Rhesus
•Hospedeiro natural do SIV
•Não é o hospedeiro natural do SIV
•SIV infecta e destrói cél. T CD4 T
em altos níveis
•Sem aumento de ativação celular
•SIV infecta e destrói cél. T CD4 T em
altos níveis
•Altos níveis de viremia
•Grande aumento na ativação das
células T
•Perda de CD4 mínima
•Enorme perda de CD4
•Altos níveis de viremia
Infecção Primária
?
Erradicação
Infecção Crônica Assintomática
Síndrome da Imunodeficiência Adquirida