Mechanisms of drug resistance development in subtype B and C variants of human immunodeficiency virus type-1

• Main Author: Coutsinos, Dimitrios
• Other Authors: Mark Wainberg (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2011
• Subjects: Health Sciences - Medicine and Surgery
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=103556

The human immunodeficiency virus type-1 (HIV-1) can be phylogentically classified into multiple groups, subtypes, sub-subtypes and recombinant forms. Subtype B HIV-1 is responsible for approximately 10% of the pandemic and is primarily located in the developed regions of the world, whereas subtype C HIV-1 is responsible for over 50% of the pandemic and is primarily located in the sub-Saharan African countries. The majority of HIV-1 research to date has focused on subtype B HIV-1 and, as a result, little is known about subtype differences or about drug resistance development between the subtypes. Numerous studies have suggested that the K65R reverse transcriptase (RT) mutation develops more readily in subtype C as opposed to subtype B HIV-1. We described that this discrepancy partly lies in the subtype C template coding sequence that predisposes RT to pause strongly at the site of K65R development. This pausing reaction was shown to be specific to the subtype C HIV-1 coding sequence in addition to being difficult to alleviate. We also showed that DNA synthesis assays performed with subtype C templates consistently produced more K65R-containing transcripts than with subtype B templates, regardless of the subtype-origin of the RT enzymes employed. These findings confirm that the mechanism is template-specific and RT-independent. In addition, a pattern of DNA synthesis characteristic of site-specific primer/template slippage and dislocation was only observed on the subtype C sequence. Thus, the data show that during DNA synthesis at the homopolymeric nucleotide stretch of the subtype C K65 region, strand slippage can occur resulting in the misalignment of the primer and template. Consequently, slippage would lead to a deletion of the middle adenine of codon K65 and the production of a -1 frameshift mutation or, upon dislocation and realignment of the primer and template, the development of the K65R mutation. These findings provide specific mechanistic evidence for the facilitated development of the K65R mutation in subtype C HIV-1 and demonstrate the drug resistance mutations can develop differently between HIV-1 subtypes. A more complete understanding of the clinical implications of these findings requires the long-term follow up of patients on antiretroviral therapy in subtype C endemic regions of the world. === Les virus de l'immunodéficience humain de type-1 (VIH-1) peuvent être classifiés en plusieurs groupes, sous-types, sous sous-types et formes recombinantes. Le VIH-1 de sous-type B est responsable d'environ 10% de la pandémie globale qui sévit principalement dans les pays développés du monde. Cependant, le VIH-1 de sous-type C est responsable pour plus de 50% de la pandémie qui se situe principalement dans les pays en voie de développement du monde y compris les pays dans le sud de l'Afrique. La majorité de la recherche sur le VIH-1 se fait sur des virus de sous-type B et, par conséquence, on en connait peu sur les différences entre les sous-types et sur le développement de résistance aux antirétroviraux entre ces derniers. Plusieurs études suggérèrent que la mutation K65R dans la transcriptase inverse (TI) apparait plus rapidement chez les virus de sous-type C que chez ceux de sous-type B. Nous avons établit que la matrice génétique dérivé des virus de sous-type C est, en partie, responsable pour ces observations puisqu'elle entraine un arrêt de la synthèse d'ADN par la polymérase au nucléotide spécifique responsable pour l'apparition de la mutation K65R. Cet arrêt semble spécifique à la matrice génétique des virus de sous-type C et peut être difficilement empêché. Nous avons également montré que des matrices de sous-type C produisent de façon constante des produits ayant la mutation K65R, et ce avec une plus grande fréquence que pour les matrices de sous-type B. Peu importe le sous-type des TI utilisées lors des expériences, les résultats demeurent les mêmes. Ces donnés suggèrent que le mécanisme responsable est spécifique de l'origine de la matrice mais indépendant de l'origine de la TI. De plus, la synthèse d'ADN se déroule d'une façon particulière qui suggère un glissement entre la matrice et l'amorce ce qui entraine une dislocation sur la matrice génétique de sous-type C. Nos résultats montrent que lors de la synthèse d'ADN à partir de séquences nucléotidiques homopolymériques se situant autour de la région K65 de sous-type C, un glissement entre les brins d'ADN peut entrainer un désalignement entre la matrice et l'amorce. Par la suite, ce glissement peut supprimer l'adénine au milieu du codon K65 et produire une mutation de changement de phase ou, suivant une dislocation avec réalignement de la matrice et de l'amorce, produire la mutation K65R. Ces résultats suggèrent que l'apparition de la mutation K65R chez le virus de sous-type C est facilitée et que l'émergence de mutations de résistance peut se produire de façon divergente entre les différents sous-types de VIH-1. Pour mieux comprendre les implications cliniques de ces observations, il faudrait un suivi à long terme des patients traités avec des antirétroviraux dans des régions du monde endémiques par le VIH-1 de sous-type C.