Paper del punt de control immunològic KLRG1 en l'alteració funcional de les cèl·lules Natural Killer en la infecció per VIH i resposta de les Natural Killers residents en amígdales davant l'establiment de la infecció

Abstract

Tot i els notables avenços farmacològics en la lluita contra el VIH, els intents de vacunació preventiva han fracassat i la infecció és incurable fins avui. El principal obstacle per curar el VIH és la presència d’un reservori viral latent que persisteix malgrat una teràpia antiretroviral (TAR) prolongada. Aquest reservori consisteix en cèl·lules T CD4+ que alberguen VIH competent per replicar-se, integrat en els seus genomes. Tot i que la TAR prevé eficaçment la propagació de la infecció, la càrrega viral es recupera ràpidament un cop s’interromp el tractament. Una estratègia prometedora per curar el VIH implica reactivar les cèl·lules infectades latentment, obligant-les a produir virions i fent-les susceptibles a l’eliminació natural a través de l’apoptosi, efectes citopàtics induïts pel VIH o el reconeixement per limfòcits citotòxics. Tanmateix, el VIH ha desenvolupat mecanismes per evadir el sistema immunològic, induint una disfunció immunològica significativa que impedeix l’eliminació de les cèl·lules infectades i manté els reservoris virals a llarg termini. Aquesta tesi se centra en estudiar el paper de les cèl·lules Natural Killer (NK), poderosos efectors innats contra tumors i cèl·lules infectades, en l’eliminació de cèl·lules infectades pel VIH. El primer capítol d’aquesta tesi caracteritza el paper de les cèl·lules NK que expressen el punt de control immunològic KLRG1 tant en sang perifèrica com en teixits limfoides. Els nostres resultats revelen que la infecció crònica per VIH provoca una expansió de les poblacions de cèl·lules NK KLRG1+, amb una forta correlació entre l’expressió de KLRG1 i la transcripció activa del VIH. Notablement, la TAR no restaura la funcionalitat d’aquestes cèl·lules NK compromeses. Tanmateix, en bloquejar el receptor KLRG1 amb anticossos específics, s’incrementa significativament l’eliminació de cèl·lules infectades per VIH per acció de les cèl·lules NK i es redueix el nombre de genomes intactes de VIH integrats en cèl·lules T CD4+ en individus tractats amb TAR. A més, l’anticòs anti-KLRG1 promou la transcripció d’ARN del VIH en cèl·lules T CD4+, suggerint el seu potencial com a agent de reversió de la latència. Aquests resultats subratllen el potencial terapèutic de bloquejar KLRG1 per modular el reservori viral del VIH durant la TAR. El segon capítol se centra en les cèl·lules NK residents en teixits durant la infecció per VIH, utilitzant un model d’explants d’amígdales humanes per examinar el comportament de les cèl·lules NK en microambients on s’estableixen reservoris virals. Hem identificat les cèl·lules NK CD16-CD69+ com el subgrup més abundant a les amígdales, que es tornen hiperreactives després de l’exposició al VIH i demostren una gran capacitat d’eliminació de cèl·lules infectades per VIH. Les cèl·lules NK CD16-CD49a+ van mostrar la major capacitat de producció d’IFN-γ, mentre que la coexpressió de CD103 (principalment en cèl·lules de tipus ILC1 intraepitelials) i el marcador de memòria NKG2C es va associar amb nivells reduïts d’infecció per VIH en els explants de teixit. En canvi, les cèl·lules NK CD16+CD49a+ van perdre capacitat de desgranulació i van mostrar un augment en l’expressió de PD-1 després de la infecció per VIH. A més, la presència de marcadors de memòria com NKG2C i els killer immunoglobulin-like receptors (KIRs) en algunes subpoblacions de cèl·lules NK residents es va correlacionar amb nivells més baixos d’infecció. Aquests descobriments ressalten el paper crític de les cèl·lules NK residents en el control del VIH dins dels teixits limfoides i ofereixen informació valuosa per desenvolupar estratègies terapèutiques que redueixin els reservoris virals o previnguin el seu establiment millorant la funció de les cèl·lules NK de memòria residents en teixit.

A pesar de los notables avances farmacológicos en la lucha contra el VIH, los intentos de vacunación preventiva han fracasado y la infección es incurable a día de hoy. El principal obstáculo para curar el VIH es la presencia de un reservorio viral latente que persiste a pesar de una terapia antirretroviral (TAR) prolongada. Este reservorio consiste en células T CD4+ que albergan VIH competente para replicarse, integrado en sus genomas. Aunque la TAR previene eficazmente la propagación de la infección, la carga viral se recupera rápidamente una vez que se interrumpe el tratamiento. Una estrategia prometedora para curar el VIH implica reactivar las células infectadas latentemente, obligándolas a producir viriones y haciéndolas susceptibles a la eliminación natural a través de la apoptosis, efectos citopáticos inducidos por el VIH o el reconocimiento por linfocitos citotóxicos. Sin embargo, el VIH ha desarrollado mecanismos para evadir el sistema inmunológico, induciendo una disfunción inmunológica significativa que impide la eliminación de las células infectadas y mantiene los reservorios virales a largo plazo. Esta tesis se centra en estudiar el papel de las células Natural Killer (NK), efectores innatos poderosos contra tumores y células infectadas, en la eliminación de células infectadas por el VIH. El primer capítulo de esta tesis caracteriza el papel de las células NK que expresan el punto de control inmunológico KLRG1 tanto en sangre periférica como en tejidos linfoides. Nuestros hallazgos revelan que la infección crónica por VIH provoca una expansión de las poblaciones de células NK KLRG1+, con una fuerte correlación entre la expresión de KLRG1 y la transcripción activa del VIH. Notablemente, la TAR no restaura la funcionalidad de estas células NK comprometidas. Sin embargo, al bloquear el receptor KLRG1 con anticuerpos específicos, se incrementa significativamente la eliminación de células infectadas por VIH mediada por células NK y se reduce el número de genomas intactos de VIH integrados en células T CD4+ en individuos tratados con TAR. Además, el anticuerpo anti-KLRG1 promueve la transcripción de ARN del VIH en células T CD4+, lo que sugiere su potencial como agente de reversión de la latencia. Estos resultados subrayan el potencial terapéutico de bloquear a KLRG1 para modular el reservorio viral del VIH durante la TAR. El segundo capítulo se enfoca en las células NK residentes en tejidos durante la infección por VIH, utilizando un modelo de explantes de amígdalas humanas para examinar el comportamiento de las células NK en microambientes donde se establecen reservorios virales. Hemos identificado a las células NK CD16-CD69+ como el subconjunto más abundante en las amígdalas, que se vuelven hiperreactivas tras la exposición al VIH y demuestran una fuerte capacidad de eliminación de células infectadas por VIH. Las células NK CD16-CD49a+ mostraron la mayor capacidad de producción de IFN-γ, mientras que la coexpresión de CD103 (principalmente en células de tipo ILC1 intraepiteliales) y el marcador de memoria NKG2C se asoció con niveles reducidos de infección por VIH en los explantes de tejido. En contraste, las células NK CD16+CD49a+ perdieron capacidad de degranulación y mostraron un aumento en la expresión de PD-1 tras la infección por VIH. Además, la presencia de marcadores de memoria como NKG2C y killer immunoglobulin-like receptors (KIRs) en ciertas subpoblaciones de células NK residentes se correlacionó con niveles más bajos de infección. Estos hallazgos resaltan el papel crítico de las células NK residentes en el control del VIH dentro de los tejidos linfoides y ofrecen valiosa información para desarrollar estrategias terapéuticas que reduzcan los reservorios virales o prevengan su establecimiento al mejorar la función de las células NK de memoria residentes en tejido.

Despite notable pharmacological advances in the fight against HIV, achieving full prevention through vaccination or a complete cure remains elusive. The primary obstacle to curing HIV is the presence of a latent viral reservoir that persists despite prolonged antiretroviral therapy (ART). This reservoir consists of CD4+ T cells harboring replication-competent HIV integrated into their genomes. Although ART effectively prevents the spread of infection, viral load quickly rebounds once treatment is discontinued. A promising strategy for curing HIV involves reactivating latently infected cells, prompting them to produce virions and making them targets for natural elimination through apoptosis, HIV-induced cytopathic effects, or recognition by cytotoxic lymphocytes. However, HIV has developed mechanisms to evade the immune system and induces significant immunological dysfunction, impairing the clearance of infected cells and sustaining long-term viral reservoirs. This thesis focuses on studying the role of Natural Killer (NK) cells, powerful innate effectors against tumors and infected cells, in eliminating HIV-infected cells. The first chapter of this thesis characterizes the role of NK cells expressing the immune checkpoint receptor KLRG1 in both peripheral blood and lymphoid tissues. Our findings reveal that chronic HIV infection leads to an expansion of KLRG1+ NK cell populations, with KLRG1 expression strongly correlating with active HIV transcription. Notably, antiretroviral therapy (ART) fails to restore the functionality of these compromised NK cells. However, targeting KLRG1 with specific antibodies significantly enhances NK cell-mediated killing of HIV-infected cells and reduces the number of intact HIV genomes integrated within CD4+ T cells in ART-treated individuals. Furthermore, the anti-KLRG1 antibody promotes HIV RNA transcription in CD4+ T cells, highlighting its potential as a latency-reversing agent. These results underscore the therapeutic potential of targeting KLRG1 to modulate the HIV viral reservoir during ART. The second chapter focuses on tissue-resident NK cells in HIV infection, utilizing a human tonsillar explant model to examine NK cell behavior in microenvironments where viral reservoirs are established. We identified CD16-CD69⁺ NK cells as the most abundant subset in tonsils, which become hyperreactive upon HIV exposure and demonstrate strong HIV-infected cell-killing capabilities. CD16-CD49a⁺ NK cells exhibited the highest IFN-γ production capacity, while the co-expression of CD103 (mainly in intraepithelial ILC1-like cells) and the memory marker NKG2C was associated with reduced HIV infection levels in tissue explants. In contrast, CD16+CD49a+ NK cells lost degranulation capacity and showed increased PD-1 expression following HIV infection. Additionally, the presence of memory markers such as NKG2C and killer immunoglobulin-like receptors (KIRs) in certain tissue-resident NK subpopulations correlated with lower infection levels. These findings highlight the critical role of tissue-resident NK cells in controlling HIV within lymphoid tissues and offer valuable insights into potential therapeutic strategies to reduce viral reservoirs or prevent their establishment by enhancing tissue-resident memory NK cell function. Overall, this thesis emphasizes the importance of addressing NK cell dysfunction and tissue-specific immune responses to develop novel approaches for targeting HIV reservoirs and advancing toward a cure.