Tropisme du VIH-1

Tropisme du VIH-1
Dr AG Marcelin
Laboratoire de Virologie
CHU Pitié-Salpêtrière
Université Pierre et Marie Curie
Paris
Tropisme viral et co-récepteurs
ƒ Qu’est ce que le tropisme viral?
ƒ Association entre tropisme viral et progression de la
maladie
ƒ Les tests de détermination du tropisme viral
Récepteurs de chimiokines
et entrée du VIH
ƒ Le VIH est capable d’infecter les cellules qui expriment le CD4 et un
co-récepteur, qui est soit:
– CCR5 (cellules dendritiques, monocytes, cellules T)
– Ligands naturels: MIP-1α (CCL3), MIP-1β (CCL4), RANTES (CCL5), MCP-2
(CCL8)
– CXCR4 (Cellules T, cellules B, monocytes)
– Ligand naturel: SDF-1 (CXCL12)
ƒ Récepteurs transmembranaires
Tropisme du VIH-1
ƒ
Avant la découverte du rôle de
Formation de Syncytia sur cellules MT-2
CCR5 et CXCR4 dans l’entrée
du VIH, les virus étaient
caractérisés selon leur capacité à
infecter des cellules T et à former
des syncitia en culture
– Sur lignées MT-2
– Cellules MT-2 n’expriment que
le CXCR4
ƒ
Syncytium inducing (SI)
– Virus utilisant CXCR4
ƒ
Non-syncytium inducing (NSI)
– Virus utilisant CCR5
Schuitemaker H, et al. J Virol. 1991;65:356-363.
Japour AJ. J Clin Microbiol. 1994;32:2291-2294.
CCR5 and CXCR4 Co-Receptors:
HIV Binding and Entry
CD4
CXCR4
CCR5
T-Cell Surface
HIV-1 Envelope Glycoproteins
HIV-1
gp41
gp120
HIVHIV-1
Envelope
Glycoprotein
CD4
CCR5
T-Cell Surface
Binding of the gp120 Subunit of the
HIV-1 Envelope Glycoprotein to CD4
HIV-1
gp41
gp120
CD4
CCR5
T-Cell Surface
Conformational Change Exposes the
Co-Receptor Binding Site in gp120
HIV-1
gp41
gp120
CD4
CCR5
T-Cell Surface
Conformational Change Allows gp120
to Bind to the Co-Receptor
HIV-1
gp41
gp120
CD4
CCR5
T-Cell Surface
Fusion of HIV and T-Cell Membranes
HIV-1 RNA
HIV-1
HIV-1 Nucleocapsid
T-Cell Surface
HIV Entry and Tropism
clinicaloptions.com/hiv
R5 Infection
X4 Infection
(common, early)
(very rare)
Naïve
T-Cells
Memory
T-Cells
Time (y)
Relative CD4 Cell Counts
Relative CD4 Cell Counts
R5 and X4 Viruses Target
Different Subsets of CD4+ T-Cells
Memory
T-Cells
Naïve
T-Cells
Time (y)
R5 viruses target memory T-cells
(eg, GALT)
X4 viruses target naive T-cells
(eg, thymus)
Naïve T-cells become targets once
activated to the memory phenotype
CXCR4 expression on some memory
cells makes them targets
Douek DC, et al. Ann Rev Immunol. 2003;21:265-304.
Kuhmann SE, et al. J Viral Entry. 2005;1:4-16.
Histoire naturelle de l’infection VIH et
tropisme viral
Ö Prédominance des virus R5 aux phases initiales de l’infection
Histoire naturelle de l’infection VIH et
tropisme viral
Ö Emergence de virus X4 en phase tardive de l’infection
Markers of Progression
That Correlate With SI/X4 Virus
Correlation With of SI/X4 Virus
Rapid Decline
in CD4 Cells
Progression
to AIDS
Death
San Francisco Men’s cohort*
Yes
Swedish cohort*
Yes
Yes
Amsterdam cohorts†
Yes
Yes
Yes
Chelsea and Westminster
Hospital cohort*
Yes
ACTG 116b/117*
Yes
Yes
Yes
ACTG 241*
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
ACTG 175*
*Presence of SI/X4.
of SI/X4.
†Emergence
Kuhmann SE, et al. J Viral Entry. 2005;1:4-16.
Prevalence of
HIV Co-Receptor Usage
Fätkenheuer (n=116)1
Prevalence of Usage (%)
R5
X4
R5 + X4
94
0
6
Brumme (n=979)2
82
<1
18
Moyle (n=563)3
85
<1
15
Demarest (n=299)4
88
0
12
Whitcomb (n=612)5
62
4
34
1Fätkenheuer
G, et al. Nat Med. 2005;11:1170-1172.
ZL, et al. J Infect Dis. 2005;192:466-474.
3Moyle GJ, et al. J Infect Dis. 2005;191:866-872.
4Demarest J, et al. 44th ICAAC. Washington, DC, 2004. Abstract H-1136.
5Whitcomb JM, et al. 10th CROI. Boston, 2003. Abstract 557.
2Brumme
Distribution of Tropism Results by Screening CD4+ Cell Count
R5 tropism result highly significantly associated
with screening CD4+ cell count *
ARV Naive (N=1,277)
ARV Experienced (N=2,585)
100
80
80
60
60
D/M*
20
X4*
0
)
(78 )
00 85
≥5 9 (
49 6)
2
0–
40 9 ( 2
39 06)
0–
30 9 ( 4
29 11)
0–
20 9 ( 3
19
0–
10 ( 77)
9
–9
50 4 )
(9
0–
49
N=
Screening CD4+ Category (cells/mm3)
40
R5*
D/M*
20
X4*
0
≥
0– 50 10 20 30 40
49 –9 0– 0– 0– 0– 500
(7
(82 9 ( 19 29 39 49
8) 338 9 (5 9 (4 9 (2 9 (1 6)
N=
)
49 48 33 13
)
)
)
)
Screening CD4+ Category (cells/mm3)
Percent of Tropism Results
per CD4+ Category
100
40
R5*
R5
D/M
X4
* P<0.0001 for comparison of median screening CD4+ cell counts as a continuous variable
Clax P, et al. EI Wkshp 2007; Abstract 5
Distribution of Percent Tropism Results by Screening HIV-1 RNA:
R5 tropism result significantly associated with screening HIV-1 RNA*
ARV Naive (N=1,277)
100
100
80
80
60
60
40
40
Percent of Tropism Results
per HIV-1 RNA Category
X4*
7)
(3
.8M
14 7)
M– (8 21)
≥1 1M (1 )
< 0K 26
0 – 75 (3
75 – < 00K 5)
6
0 5
50 – < K (5
0 5)
0
25 <25 (22
0 – 0K )
10 <10 240
(
–
75 75K 272)
–< (
50 50K 458)
–< K( )
30 <30 201
– (
10 10K )
< 24
5 – 5K ( 29)
< K(
1 – – <1
0
40
5)
(1
M
. 17 )
– 7 (33
M M 0)
≥ 1 <1 K ( 6 )
0
0 – 50 16
75 <7 K (
0 – 00 4)
50 < 5 (10
0 – 0K 2)
25 10 (27
– < 0K )
75 <25 136
(
0– K )
10 <75 127
(
–
50 50K 20)
2
–< K(
30 <30 6)
(7
–
10 10K 1)
< (6
5 – 5K (13)
< K
1 – – <1
0
40
Screening HIV-1 RNA Category (copies/mL)
Screening HIV-1 RNA Category (copies/mL)
0
0
D/M*
X4*
D/M*
N=
N=
20
R5*
20
R5*
ARV Experienced (N=2,585)
R5
D/M
X4
P<0.0001 for comparison of median screening HIV-1 RNA levels as a continuous variable
Clax P, et al. EI Wkshp 2007; Abstract 5
Intérêts de la détermination du tropisme
ƒ Association entre tropisme et progression de la maladie
ƒ Avant mise sous antagoniste de CCR5
– Non indiqué chez les patients avec virus X4 ou X4/R5
ƒ En cas d’échec virologique sous antagoniste de CCR5
– Evolution du tropisme
Percentage of Patients with HIV-1 RNA <50 Copies/mL at
Week 48 by Tropism Result at Baseline
Includes all patients who received at least one dose of study medication
● 25 (3.5%) patients had D/M virus at baseline
● In both treatment groups the proportion of patients with D/M virus at baseline who
achieved undetectable HIV-1 RNA was reduced relative to patients with R5 virus
100
R5
90
80
69.3
Patients (%)
70
D/M
EFV + CBV
MVC + CBV
68.0
60
54.6
50
40
30
20
7.1
10
0
N=
MERIT Study – 48 weeks
339
331
11
14
Tests de détermination du tropisme
ƒ Phénotypiques (RVA)
– Amplification par PCR de env
– Insertion dans un vecteur d’expression de l’enveloppe:
production de pseudotypes
– Infection de cellules indicatrices: CD4+ CCR5+ et CD4+
CXCR4+
ƒ Génotypiques
– Amplification par PCR de env
– Algorithmes d’interprétation
Tests phénotypiques de détermination du
tropisme
ƒ Trofile, Monogram (gp160, virus pseudotypes, Luc)
ƒ Virco (gp120, virus recombinants, Luc)
ƒ TRT, VirAlliance (V1-V3, virus recombinants, βGal)
ƒ In Pheno
TrofileTM – Monogram Biosciences
Vecteur d’expression gp160
Détection par bioluminescence
Trofile™ vs Phenoscript™
¾ Concordance : 85.1 %
¾ Performances similaires :
1.0
Sensitivity
0.8
Référence Trofile
0.6
Référence Phenoscript
0.4
0.2
0.0
0.0
0.2
0.4
0.6
Specificity
0.8
1.0
Skrabal JCM 2007
Avantages des tests phénotypiques (test
Trofile)
ƒ Test utilisé dans les essais cliniques évaluant les
antagonistes CCR5
ƒ Sensibilité de l’amplification par RT-PCR:
– 95 % quand CV ≥ 1000 copies/ml
ƒ Sensibilité de détection des populations minoritaires X4
– 100% de détection de mixtures présentes à 10%
– 83% de détection de mixtures à 5%
Limites des tests phénotypiques
ƒ Taux d’amplification réduit quand HIV-1 RNA < 1000 copies/mL
ƒ Taux d’échec technique de 15% (ATU du Maraviroc)
ƒ Chez les patients pré-traités, 10% des échantillons ont été
classés D/M-tropic à l’entrée dans l’essai, après avoir été classés
R5-tropic au screening quelques semaines avant[1]
ƒ Pas de différenciation entre les virus dual-tropic et mixed-tropic
ƒ Accessibilité réduite, logistique
ƒ Délai de rendu du résultat (minimum 2-4 semaines)
ƒ Coût
1. Gulick R, et al. IAC 2006. Abstract THLB0217.
Gp 120 V3 loop is a major determinant of R5/X4 phenotype
P
G R A
F
G
Y
T
I
T
H
I
S 11
K
R
T
N
N
N
P
R
T
C
C
Residues generally associated
with R5 to X4 evolution (neutral
or negative charge to positive
charge)
G
D 25
I
I
G
D
I
R
Q
A
H
Kuhmann SE et al. J Virol, 2004; 78: 2790-2807
Tests génotypiques de détermination du
tropisme
ƒ Prédiction du tropisme viral à partir de la séquence de V3
– Acides aminés 11/25 (basiques) et charge électrostatique
nette ([K + R] – [D + E] ≥ 5)
ƒ Autres acides aminés de V3 associés au tropisme
ƒ Algorithmes de prédiction du tropisme viral basés sur les
corrélations génotype-phénotype
Genotyping Algorithms
ƒ 6 genotyping algorithms compared with phenotypic
coreceptor tropism assay (Trofile)
– 920 samples tested (769 R5 / 151 X4)
– High specificity for predicting X4 virus
Algorithm, %
Sensitivity
Specificity
11/25 rule
30.5
93.4
Neural network method
44.4
87.5
WebPSSM SI/NSI
33.8
95.3
WebPSSM X4/R5
24.5
96.9
SVM genomaniac
21.8
89.6
SVM geno2pheno
44.7
90.6
Low A, et al. HIV Resistance Workshop 2007. Abstract 149.
Avantages des tests génotypiques
ƒ Sensibilité de l’amplification par RT-PCR:
– > 90 % (boucle V3 gp120)
ƒ Bonne valeur prédictive positive pour X4
– Spécificité > 90%
ƒ Accessibilité, résultat rendu en même temps que le
génotype RT et protéase
ƒ Rapide
ƒ Faible coût
Limites des tests génotypiques
ƒ Non utilisé dans les essais cliniques évaluant les
antagonistes CCR5
ƒ Manque de sensibilité quand comparés au phénotype
ƒ Manque de sensibilité de détection des populations
minoritaires
– Détection de variants > 10-20%
ƒ Pas de différenciation dual-tropic et mixed-tropic
ƒ Comparaison de 2 tests phéno (Trofile, TRT) et 1 test
géno (Phéno2Géno)
ƒ 85.1% concordance entre les 2 tests phénotypiques
ƒ 86.5% concordance entre Trofile et Phéno2Géno
ƒ 79.7% concordance entre TRT et Phéno2Géno
ƒ Résultats similaires dans la plupart des cas
ƒ Absence de gold standard
ƒ
26 patients HIV-1
ƒ
Analyse clonale de la séquence V1-V3
ƒ
Comparaison Génotype/Phénotype
ƒ
Génotype: règle 11/25 + charge nette
ƒ
Phénotype: RVA
Validation prospective de la prédiction
génotypique du tropisme viral
ƒ Etude prospective chez 103 patients en échec virologique sous
HAART, candidats à un traitement par antagoniste de CCR5:
– HIV-1 RNA ≥ 400 copies/m
– Mutations de résistance pour NRTI, NNRTI & PI
ƒ Détermination en parallèle du tropisme viral par approches
génotypique et phénotypique
Delobel et al. 2éme Forum de recherche ANRS 14-15 avril 2008
Delobel et al. 2éme Forum de recherche ANRS 14-15 avril 2008
Conclusions
ƒ Bonne concordance entre tests phénotypiques et génotypiques
ƒ La détermination génotypique du tropisme du HIV-1, basée sur le
séquençage direct de V3 pourrait être une alternative simple et
efficace aux tests phénotypiques en pratique clinique
ƒ Tests génotypiques pourraient être améliorés
– Meilleure sensibilité: combinaison de plusieurs algorithmes?
– Etude Génotropisme (ANRS) en cours
– Meilleure prédiction pour les sous-types non B
Discussion
ƒ Amélioration de la sensibilité des tests:
– phénotypiques pour détecter les variants minoritaires (Possibilité de
détecter des variants X4 représentant 0.1% de la population virale)
– génotypiques pour détecter les variants minoritaires (Pyrosequencing
454 Life Science)
– Cut-off? Relevance clinique?
ƒ Développement des tests dans l’ADN
ƒ
En cas d’échec sous antagoniste CCR5
– Evolution du tropisme (émergence de X4 déjà présent)
– Recherche de mutations dans gp120
www.hivfrenchresistance.org
Laboratoire de Virologie - GHPS
INSERM U720
ƒ
V Calvez
ƒ
D Costagliola
ƒ
AG Marcelin
ƒ
P Flandre
ƒ
M Wirden
ƒ
L Assoumou
ƒ
I Malet
ƒ
B Amellal
ƒ
S Lambert
Service de Maladies Infectieuses – GHPS
ƒ
C Soulie
ƒ
C Katlama
ƒ
G Dufayet
ƒ
R Tubiana
ƒ
A Derache
ƒ
MA Valantin
ƒ
A Maiga
ƒ
S Fourati
Laboratoire de Virologie – Saint Antoine
ƒ
L Morand-Joubert
Les laboratoires de Virologie du réseau AC11 Résistance