Characterization of cellular factors involved in HIV-1 pathogenesis with potential therapeutic implications in viral infections and cancer

Abstract

El paper principal del sistema immunitari humà es eliminar cèl·lules que presenten antígens forans i patrons anormals. No obstant, aquest sistema pot fallar a eliminar les anomalies, conduint a l’establiment de patologies cròniques. Exemples prototípics de la derrota del sistema immunitari son en càncer i la infecció per VIH. En totes dues condicions, el sistema immunitari i la teràpia farmacològica actual no aconsegueixen erradicar el patogen, principalment degut a la generació de reservoris virals latents en el cas del VIH i a la resistència a fàrmacs en el cas dels processos cancerígens. Així doncs, aquesta tesi pretén avaluar el paper de dos factor cel·lulars clau, el receptor Fc-gamma CD32 i la trifosfohidrolasa SAMHD1, per explorar la seva funció en la progressió de les malalties i el seu potencial en el desenvolupament de noves aproximacions terapèutiques en VIH/SIDA i càncer. Mitjançant l’estudi in vitro de models d’infecció aguda i latent del VIH-1 i en pacients VIH-1+, hem demostrat que CD32, proposat com a marcador de latència del VIH, és un marcador d’activació de cèl·lules T induït per estímuls exògens o bé per infecció per VIH. A més, les cèl·lules que expressen CD32 no s’infecten preferentment tot i estar activades i el virions produïts per aquestes cèl·lules són igualment infecciosos independentment de l’expressió de CD32. Concloent que CD32 no marca cèl·lules T CD4+latentment infectades del reservori del VIH-1. SAMHD1 és un factor de restricció viral que controla el pool de dNTPs intracel·lular i juga un paper clau en les primeres fases de la infecció del VIH i en l’establiment de la latència, però també influencia l’eficiència de certs fàrmacs utilitzats en el tractament del VIH i el càncer. Hem demostrat que SAMHD1 pot potenciar o limitar l’activitat antiviral i anticancerígena de diversos antimetabòlits utilitzats per tractar el càncer. A més, remarquem el potencial de la modulació farmacològica de l’activitat de SAMHD1, el qual obre la porta al desenvolupament de noves estratègies terapèutiques en el tractament del càncer, les infeccions virals i les malalties immunològiques. En resum, aquesta tesi demostra que la traducció de la investigació dirigida cap a l’estudi in vitro de factors cel·lulars és una eina poderosa per a la validació de noves dianes terapèutiques.

El papel principal del sistema inmunitario humano es eliminar células que presentan antígenos foráneos y patrones anormales. No obstante, este sistema puede fallar en eliminar las anomalías, conduciendo al establecimiento de patologías crónicas. Ejemplos prototípicos de la derrota del sistema inmunitario son el cáncer y la infección por VIH. En ambas condiciones, el sistema inmunitario y la terapia farmacológica actual no consiguen erradicar el patógeno, principalmente debido a la generación de reservorios virales latentes en el caso del VIH y a la resistencia a fármacos en el caso de los procesos cancerígenos. Así pues, esta tesis pretende evaluar el papel de dos factores celulares clave, el receptor Fc-gamma CD32 y la trifosfohidrolasa SAMHD1, para explorar su función en la progresión de enfermedades y su potencial en el desarrollo de nuevas aproximaciones terapéuticas en VIH /SIDA y cáncer. Mediante el estudio in vitro de modelos de infección aguda y latente del VIH-1 y en pacientes VIH-1 +, hemos demostrado que CD32, propuesto como marcador de latencia del VIH, es un marcador de activación de células T inducida por estímulos exógenos o por la infección por VIH. Además, las células que expresan CD32 no se infectan preferentemente a pesar de estar activadas y los viriones que emergen de estas células son igualmente infecciosos independientemente de la expresión de CD32. Concluyendo que CD32 no marca células T CD4 + latentemente infectadas del reservorio del VIH-1. SAMHD1 es un factor de estricción viral que controla el pool de dNTPs intracelular y juega un papel clave en los primeros pasos de la infección del VIH y el establecimiento de la latencia, pero además influencia la eficacia de ciertos fármacos utilizados en el tratamiento del VIH y el cáncer. Hemos demostrado que SAMHD1 puede potenciar o limitar la actividad antiviral y anticancerígena de diversos antimetabolitos usados en el tratamiento del cáncer. Además, remarcamos el potencial de la modulación farmacológica de la actividad de SAMHD1, que abre la puerta al desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas en el tratamiento del cáncer, las infecciones virales y las enfermedades inmunológicas. En resumen, esta tesis demuestra que la traducción de la investigación dirigida hacia el estudio in vitro de factores celulares

The main role of the human immune system is to eliminate cells presenting foreign antigens and abnormal patterns. However, this system can fail in eliminating the anomalies, leading to the establishment of chronic pathologies. Prototypical examples of immune system defeat are cancer and HIV-1 infection. In both conditions, the immune system and current pharmacological therapy eventually fails to eradicate the pathogenic anomaly, mainly due to the generation of latent viral reservoirs in HIV-1 infection, and to drug resistance in cancerous processes. Hence, this thesis evaluates the role of two key cellular factors, the Fc-gamma receptor CD32 and the triphosphohydrolase SAMHD1, to explore its function in disease progression and its potential in the development of novel therapeutic approaches in HIV/AIDS and cancer. Through the study of in vitro models of acute and latent HIV-1 infection and in HIV-1+ patients, we have demonstrated that CD32, proposed as a marker of the latent HIV reservoir, is a marker of T cell activation either induced by exogenous stimuli or HIV-1 infection. Moreover, CD32 expressing cells are not preferentially infected despite of its activation state, and HIV-1 virions produced after stimulation of infected cells are equally infectious regardless of CD32 expression. Thus, CD32 does not represent a key marker of HIV-1 latent reservoir. SAMHD1 is a viral restriction factor that controls intracellular dNTP pool and plays a key role in the first steps of HIV infection and latency establishment, but also influences efficacy of certain drugs used as anti-HIV or anti-cancer treatments. Here, we show that SAMHD1 is able to either enhance or limit the antiviral and anticancer activity of several antimetabolites currently used to treat cancer. Furthermore, we highlight the potential of the pharmacological modulation of SAMHD1 activity, which open the door to the development of novel therapeutic strategies in the treatment of cancer, viral infections, and immune diseases. In summary, this thesis demonstrates that translational research directed towards in vitro study of cellular factors is a powerful tool for the validation of promising therapeutic targets.