Identification and characterization of novel latency-reversing agents to clear HIV-1 viral reservoir

Abstract

La terapia antirretroviral ha cambiado la perspectiva sobre la infección por VIH-1 de enfermedad letal a crónica. Aun así, el reservorio latente del VIH-1 es una de las mayores barreras para lograr una cura. La estrategia “shock and kill” se basa en inducir la transcripción viral del provirus latente del VIH-1 seguido de la muerte selectiva de las células reactivadas. Aunque muchos agentes reversores de la latencia (LRAs) han sido identificados y testados, ninguno ha logrado erradicar eficazmente dicho reservorio. Dada la necesidad de nuevos agentes y estrategias capaces de eliminar el reservorio latente, hemos propuesto moduladores de la respuesta inmune innata o del ciclo celular para dicho fin. El estudio de moduladores de la inmunidad innata puede representar una alternativa dadas sus funciones intrínsecas, i. e., protección y eliminación de infecciones. Acitretina, regulador de la inmunidad innata aprobado contra la psoriasis, ha sido propuesto como inductor de la reactivación del VIH-1 y la muerte de las células infectadas. A pesar de ello, el efecto de acitretina en la reactivación fue muy modesto en la mayoría de modelos celulares que testamos, aunque se detectó la activación de la vía de RIG-I, y una ligera inducción de la reactivación viral en un modelo no clonal de células T. Además, acitretina tampoco promovió la eliminación de las células infectadas. Los compuestos anti-cáncer también han sido propuestos como estrategia contra el reservorio, debido a la habilidad de ciertos agentes para modificar la transcripción génica o promover la apoptosis. El cribado de una librería de compuestos anti-cancer reportó varias dianas cuya inhibición reactivó el VIH-1, incluyendo histona deacetilasas (HDACs), Janus quinasas (JAKs), IκB quinasas (IKKs) y proteínas “heat-shock” (HSPs). Entre los nuevos LRAs identificados, los inhibidores de Aurora kinasas (AURKi) representaron la mayor familia de compuestos, no descritos como LRAs, que mostraron capacidad de reactivación del VIH-1 de forma significativa y consistente. Los AURKi mejoraron la reactivación mediada por los HDACi, sugiriendo la habilidad para reactivar distintos provirus insertados. Curiosamente, AURKi restringió la replicación aguda del VIH-1, insinuando un papel dual para dichos compuestos en la infección por VIH-1. Midostaurin, un inhibidor de multi-quinasas aprobado contra la leucemia, también se identificó como LRA. Midostaurin reactivó el VIH-1, tanto por si solo como en combinación con otros LRAs, corroborando previos reportes que asociaron esa actividad con la activación de la vía de NF-κB. Además, también se observó una inhibición de la infección aguda del VIH-1 en células primarias dependiente de SAMHD1 no descrita. El hecho de que los AURKi y midostaurina mejoren la reactivación del VIH-1 en combinación con otros LRAs, corrobora la idea de que distintos compuestos pueden ser necesarios para reactivar todos los provirus integrados, presentando así distintas especificidades para la reactivación del provirus que dependan de su lugar de integración en el genoma. Estas observaciones plantean dudas sobre los modelos usados para estudiar la latencia del VIH-1, pues los modelos clonales podrían ser inadecuados por la falta de heterogeneidad de lugares de integración. En conjunto, nuestros resultados sugieren que la modulación de la inmunidad innata y ciclo celular podrían incluirse en el desarrollo de futuros LRAs para la estrategia “shock and kill”; aun así, investigaciones adicionales siguen siendo necesarias con tal de avanzar hacia la cura del VIH-1.

Current antiretroviral therapy has changed the perspective of HIV-1 infection from a lethal illness to a chronic disease. However, the HIV-1 latent reservoir is a major hurdle to achieve a cure for HIV-1. The “shock and kill” strategy is based on inducing viral transcription of latent HIV-1 provirus followed by the selective killing of reactivated cells. Although several latency-reversing agents (LRAs) have been identified and tested, none of them has been able to efficiently eradicate the HIV-1 latent reservoir. Based on the need of novel agents and strategies to efficiently clear the latent reservoir, we evaluated compounds developed as modulators of the innate immune response or designed to modulate the cell cycle progression as novel agents able to purge the viral reservoir. The study of innate immune modulators as agents able to clear the HIV-1 reservoir might represent an alternative due to its intrinsic functions, i. e., protection and clearance of infections. The innate immune regulator acitretin, an FDA-approved compound for psoriasis, has been proposed to induce HIV-1 reactivation and selective killing of the infected cells. However, the effect of acitretin on HIV-1 reactivation was negligible in the vast majority of models tested, albeit activation of RIG-I pathway was detected and a mild induction of viral reactivation was observed in a non-clonal T cell model. Moreover, acitretin treatment did not induce the selective killing of the infected cells. Anti-cancer compounds have also been proposed as candidate therapies targeting the latent reservoir, mainly due to the ability of certain agents to modify gene transcription or to promote cell apoptosis. The assessment of the HIV-1 reactivation potential of an anti-cancer compound library reported several molecular targets whose inhibition promoted HIV-1 latency reversal, including the histone deacetylases (HDAC), Janus kinases (JAK), IκB kinases (IKKs) and heat shock proteins (HSPs). Among the new identified LRAs, Aurora kinases inhibitors (AURKi) represented the largest family of compounds not previously described as LRA that significantly and consistently showed HIV-1 reactivation capacity. AURKi were able to enhance the HDACi-mediated reactivation, suggesting that AURKi are able to target a distinct set of integrated provirus than that reactivated by the well-described HDAC inhibitors. Interestingly, AURKi restricted acute HIV-1 infection, suggesting a dual role for these compounds on HIV-1 infection. Midostaurin, a multi-kinase inhibitor approved for leukemia treatment, was also identified as an LRA. Midostaurin induced HIV-1 latency reactivation, either alone or in combination with other LRAs, consistent with previous reports that associated this activity with the activation of the innate immune NF-κB pathway. Moreover, we also observed a non-yet-reported and SAMHD1-dependent inhibitory effect of HIV-1 replication in primary cells. The enhanced capacity to promote HIV-1 reactivation of AURKi and midostaurin in combination with other LRAs supports the idea that different agents are needed to reactivate all latent provirus, presenting different specificities towards HIV-1 provirus reactivation depending on its integration site in the host genome. Furthermore, these observations also raise concerns on the models used to study HIV-1 latency, as clonal models might not be suitable due to the lack of heterogeneity in proviral insertion site, characteristic of non-clonal models. Altogether, our results suggest that modulation of innate immunity and cell cycle may be taken into account for the design of future LRAs for the “shock and kill” strategy; however, further research is still necessary before it can lead to an HIV-1 cure.