HIV dupla fertőzés és a korai fázis HIV-gazdasejt interakciói
Angol cím
HIV dual infection and early phase HIV-cell interactions
magyar kulcsszavak
HIV dupla fertőzés, HIV fertőzés korai fázis
angol kulcsszavak
HIV dual infection, early phase HIV infection
megadott besorolás
Bioinformatika (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
40 %
Mikrobiológia: virológia, bakteriológia, parazitológia, mikológia (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
35 %
Általános biokémia és anyagcsere (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
25 %
Ortelius tudományág: Biokémia
zsűri
Immun-, Tumor- és Mikrobiológia
Kutatóhely
ÁOK Biokémiai és Molekuláris Biológiai Intézet (Debreceni Egyetem)
résztvevők
Ambrus Viktor Attila Barta Endre Csősz Éva Emri Miklós Jakob Bernadett Kalló Gergő Kassay Norbert Mahdi Mohamed Mótyán János András Szojka Zsófia Ilona
projekt kezdete
2017-09-01
projekt vége
2021-02-28
aktuális összeg (MFt)
31.716
FTE (kutatóév egyenérték)
9.13
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. Ismert, hogy a HIV-2 a HIV-1-hez képest kevésbé patogén, azonban a HIV-2 kevésbé tanulmányozott. Klinikai adatok alapján a HIV-1 és HIV-2 vírusokkal történő kettős fertőzöttség esetén az AIDS tüneteinek kifejlődése lassúbb folyamat. Ezért tervezzük a HIV-1 fertőzésnek a HIV-2 általi szuppressziója mögött álló molekuláris események felderítését, valamint annak vizsgálatát, hogy a vírus mely regulatórikus vagy kiegészítő génje(i) tehető(k) felelőssé ezért a hatásért. A HIV-2 fertőzés kezdeti celluláris kontrolljának jobb megértése nagy jelentőséggel bírhat a HIV terápiák szempontjából. A retrovírusok életciklusa nem nélkülözheti a gazdasejtek funkcióit, a vírusok replikációjához elengedhetetlen a gazdasejtek fehérjéivel való kölcsönhatások kialakítása. A HIV-1-hez képest csak kevés információ áll rendelkezésre arról, hogy a HIV-2 fertőzés milyen válaszreakciót vált ki a gazdasejtekből, a virális és celluláris fehérjék között kialakuló kölcsönhatások nem ismertek. Célunk rendszerbiológiai szemlélet alkalmazásával a sejtválasz azon fehérje-fehérje kölcsönhatásainak feltérképezése, melyek a virális replikációt elősegíthetik vagy gátolhatják, valamint a vírusfertőzésnek a proteomra és transzkriptomra gyakorolt hatásának vizsgálata. Ez hozzásegíthet a HIV-2 esetében a hosszabb látencia kialakulásának jobb megértéséhez. Tervezzük továbbá a HIV virális fehérjék kölcsönhatásainak vizsgálatát is, különös tekintettel a HIV-2 VPX fehérje kölcsönhatásaira, valamint a HIV-1 és HIV-2 interaktomok összehasonlító vizsgálatát bioinformatikai módszerek és hálózat analízis segítségével.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A retrovirális fertőzések vagy retrovírus alapú vektor-mediált géntranszfer kísérletek a gazdasejt válaszreakcióját válthatják ki, melyek elősegíthetik vagy gátolhatják a virális replikációt. Klinikai vizsgálatok eredményei alapján ismert, hogy a HIV-2 esetében a betegség kialakulása lassabb. A hosszabb progressziós idő mögött álló mechanizmusok jobb megértése jelentőséggel bírhat a HIV terápiák szempontjából is. Továbbá, a vírusfertőzés, különös tekintettel a HIV-2 infekció által a celluláris proteomban és transzkriptomban indukált változások sincsenek felderítve . A fertőzést követően fellépő sejtes válaszok részben a virális fehérjék és a gazdasejt fehérjéi között kialakuló kölcsönhatásokon alapulnak. A HIV-2 vírusnak a HIV-1 replikációra gyakorolt szupresszív hatásának hátterében is feltételezhetően a virális fehérjék közötti interakciók állhatnak. Terveink között szerepel a HIV kettős fertőzés patomechanizmusában szerepet játszó virális fehérjék azonosítása. Célunk továbbá a retrovirális fertőzés által indukált sejtes válaszok rendszerbiológiai szemléletű vizsgálata, különös tekintettel a celluláris proteom és transzkriptom változásaira.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A humán immundeficiencia vírusok (HIV) által okozott betegségek komoly egészségügyi kockázatot jelentenek. Világszerte a vírus által okozott fertőzések száma jelenleg megközelítőleg 37 millióra tehető. Míg a HIV-1 pandémikus, ezzel szemben a HIV-2 kevésbé elterjedt, a fertőzések jellemzően meghatározott földrajzi területeken fordulnak elő jellemzően. Bár a HIV-2 szintén humán patogén vírus, a HIV-1-hez képest kevésbé tanulmányozott. Klinikai vizsgálatok eredményei alapján a HIV-1 és HIV-2 vírusokkal egyaránt fertőzöttek esetében az AIDS betegség progressziója lassabb. A HIV-1 fertőzés HIV-2 általi szuppressziója mögött álló molekuláris események felderítése értékes információkkal szolgálhat a HIV fertőzöttek terápiájának prognózisa szempontjából. A hatékony omikai módszereket alkalmazva, a proteomikai és transzkriptomikai adatok integrált, rendszerbiológiai szemléletű megközelítésével és hálózat analízisével olyan új információkat kívánunk nyerni a HIV fertőzésről és a gazdasejt válaszáról, amelyek nagy terápiás jelentőséggel bírnak. Annak ellenére, hogy igen veszélyes patogének, megfelelő módosításokat követően a retrovírusok a géntranszfer kísérletek fontos eszközei, beleértve a humán génterápiás alkalmazásokat is. A retrovírusok életciklusának, különös tekintettel a vírusfertőzés korai fázisának eseményeire, valamint a fertőzés által kiváltott sejtválaszoknak a jobb megértése hozzájárulhat új antiretrovirális terápiák kifejlesztéséhez valamint a génterápiás alkalmazások esetében a retrovírus-alapú géntranszfer hatékonyságának jelentős növeléséhez.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A humán immundeficiencia vírusok (HIV) által okozott betegségek komoly egészségügyi kockázatot jelentenek. A HIV-1 vírus által okozott fertőzések száma jelenleg megközelítőleg 37 millióra tehető világszerte, ezzel szemben a HIV-2 kevésbé elterjedt és jelentősen kisebb számú megbetegedésért felelős. Ismert, hogy a HIV-1 és -2 vírusokkal egyaránt fertőzöttek esetében a betegség progressziója lassabb a csak HIV-1-gyel fertőzöttekhez képest. Azoknak a kölcsönhatásoknak a molekuláris háttere, melyek a HIV-2-vel is fertőzötteknél a HIV-1 fertőzőképességet okozzák, pontosan nem ismert, így ezek vizsgálatát tervezzük sejtkultúrás rendszerben. A retrovírusok a többi vírushoz hasonlóan sejten belüli paraziták, melyek a gazdasejt funkcióit használják fel saját szaporodásuk biztosításához. Bár a HIV-2 szintén humán patogén vírus, azonban kevésbé tanulmányozott, mint a HIV-1. Míg a HIV-1 esetében számos, a virális fehérjék és a fertőzött gazdasejt fehérjéi között kialakuló kölcsönhatás ismert, csupán kevés ismerettel rendelkezünk arról, hogy a HIV-2 fertőzés milyen hatást gyakorolt a gazdasejtekre és a virális fehérjék milyen kölcsönhatásokat alakítanak ki a fertőzött sejtek fehérjéivel. A retrovírusok életciklusának, a HIV-1 és HIV-2 vírusok közötti kölcsönhatásoknak, valamint a retrovirális fertőzés által a gazdasejtben kiváltott válaszreakcióknak a jobb megértése segíthet új antiretrovirális terápiák kifejlesztésében.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. In comparison to HIV-1, HIV-2 is initially less pathogenic, and understudied. Clinical studies revealed that patients dually infected with HIV-1 and 2 have a slower rate of progression to AIDS. We plan to explore the molecular events behind the suppression of HIV-1 infection by HIV-2, and to study whether HIV-2 regulatory or accessory gene products are responsible for dampening the pathogenicity of infection. Moreover, understanding the initial cellular control of HIV-2 infection could have major implications for HIV therapy. Retroviruses need to rely on host machinery, interaction with the host cell proteins are essential for their replication. Compared to HIV-1, responses of the host cells to HIV-2 infection are less well-studied, the interactions of HIV-2 viral and host proteins have not been characterized. Our aim is to apply a system biology approach to explore the protein-protein interactions behind the cellular responses which promote or inhibit the replication, and the viral infection-induced changes of the proteome and transcriptome, which may help better understanding of the longer latency of HIV-2. Furthermore, we aim to explore the interactions between the viral proteins with an emphasis on the HIV-2 Vpx protein. We also plan to carry out comparative analysis of HIV-1 and HIV-2 interactomes using bioinformatics and network analysis.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. Retroviral infections or retroviral vector-mediated gene transfers trigger cellular responses that either promote or inhibit viral replication. Clinical studies revealed that dual HIV-1/HIV-2 infection results in a slower rate of progression to AIDS. Better understanding of the mechanism involved may have major implication for HIV therapy. Moreover, viral infection-induced changes of the cellular proteome and transcriptome; especially in case of HIV-2 infection, has not yet been explored. Most of the cellular responses are expected to be mediated by interactions of viral and host proteins, furthermore, interactions between HIV-1 and HIV-2 protein may be responsible for the suppression of HIV-1 infection by HIV-2. We aim to identify the viral proteins which play a role in the pathomechanism of dual HIV infection. We also aim to study the retroviral infection-triggered changes in the proteome and cellular transcriptome using a system biology approach.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. The diseases caused by the human immunodeficiency viruses (HIV) constitute a great burden on healthcare, with almost 37 million people infected worldwide. While HIV-1 is the pandemic cause of infection, HIV-2 infection is mostly confined to certain geographical areas. In comparison to HIV-1, fewer studies have been done on the human pathogen HIV-2. Clinical studies revealed slower rate of progression to AIDS in patients dually infected with both HIV-1 and HIV-2. Understanding the molecular mechanisms behind the suppression of HIV-1 infection by HIV-2 may provide valuable insight into the therapeutic prognostic perspective of HIV infected patients. By using powerful omics technologies such as proteomics and transcriptomics and integrated data analysis applying system biology and network analysis, we aim to gain more insight into HIV infection and host response, with therapeutic relevance in mind. Besides being harmful pathogens, after substantial modifications, retroviruses are also among the most frequently used tools in gene transfer experiments, including human gene therapy approaches. Better understanding of the retroviral life-cycle; especially in the early-phase of infection, and the cellular responses triggered by infection may lead to novel antiretroviral therapies as well as substantially more efficient retroviral-mediated gene transfers in gene therapy approaches.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. The diseases caused by the human immunodeficiency viruses (HIV) constitute a great burden on healthcare. While almost 37 million people are estimated to be infected worldwide by HIV-1, the HIV-2 is specific to some geographical areas and responsible for much less infections compared to HIV-1. It is known that in patients who are infected with both HIV-1 and HIV-2 viruses the progression of the disease is slower compared to the HIV-1 monoinfected people. The molecular background of the interactions which are responsible for lower HIV-1 infectivity in the case of simultaneous infections have not been explored till now, therefore, our aim is to study these interactions by using cell cultures experimetns. Retroviruses, like other viruses are intracellular parasites, hijacking cellular functions to support their replication. In comparison to HIV-1, fewer studies have been done on the human pathogen HIV-2. Several interactions made between the viral proteins and the host cell proteins have been characterized till now, but only few information are available recently regarding the cellular responses of HIV-2 infected cells and the interactions of viral and host proteins. Better understanding of the retroviral life-cycle, the interactions between HIV-1 and HIV2 viruses, and the cellular responses triggered by retroviral infections may lead to novel antiretroviral therapies.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
Vizsgáltuk VSV.G pszeudotipizált 1-es típusú humán immunodeficiencia vírus (HIV-1) transzdukció korai hatását jelölés nélküli tömegspektrometrián alapuló proteomikai módszerrel, és az adatok hálózatosságát elemeztük. A bináris hálózatvizsgálat két protein csoportot azonosított, az egyik tagjai a transzlációban és riboszóma biogenezisben, míg a másiké az RNS illesztésben játszanak szerepet. További célunk volt HIV-1 és HIV-2 pszeudovírus transzdukció célsejtekben kiváltott proteomikai és transzkriptomikai hatásának összehasonlítása a korai fázisban. Az első 2 óra során RNS kötő, RNS transzport és RNS gardedám fehérjék szignifikáns csökkenését tapasztaltuk, míg trombospondin 1, kollagének, eukarióta transzlációs faktorok és hosszú nemkódoló RNS-ek transzkripciója fokozódott a HIV-2-vel transzdukált sejtekben, a HIV-1-el tanszdukáltakhoz képest. A Vpx fehérjét azonosítottuk, mint a HIV-2 kiváltotta HIV-1 fertőzés gátló hatás kulcsszereplőjét, és egy új funkcionális Tat mutánst is karakterizáltunk. Jellemeztük a „paternally expressed gene 10” retrovírus-szerű proteolitikus enzimjét, valamint különböző HTLV proteázokat. Kimutattuk, hogy az AIDS terápiában használt proteáz inhibitorok nem hatékony gátlószerei a SARS CoV-2 fő proteázának.
kutatási eredmények (angolul)
We have studied the early responses of HEK293T cells to transduction with VSV.G pseudotyped human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) virion using label-free mass-spectrometry-based proteomic analysis, and the generated data were analyzed using a network model. Examination of the binary networks resulted in two protein clusters, one comprising proteins having a role in translation and ribosome biogenesis, and the other containing proteins with a role in RNA splicing. Our further aim was to compare the remodeling of the cellular proteome and transcriptome in early time-points following HIV-1 and HIV-2 pseudovirus entry upon transduction of cells. Proteins involved in RNA binding, mRNA transport, and chaperoning were significantly downregulated in the first 2 hours of transduction. Thrombospondin 1, collagens and eukaryotic translation factors, in addition to various genes coding for long-non-coding RNA were significantly upregulated after HIV-2 transduction, compared to HIV-1 at the earliest time point. We have identified Vpx as the key factor in the suppressive effect of HIV-2 on HIV-1 infection, and also generated and characterized a novel functional mutant of HIV-2 Tat. We have characterized the paternally expressed gene 10 retroviral-like protease as well as various HTLV-1 proteases. We have shown that the HIV protease inhibitors used in AIDS therapy are inefficient inhibitors of SARS CoV-2 main protease.
Mahdi, M., Szojka, Z. Mótyán, J.A. and Tőzsér, J.: Inhibitory effects of HIV-2 Vpx on replication of HIV-1., J Virology, 92(14). pii: e00554-18. doi: 10.1128/JVI.00554-18. Print 20108 Jul 15., 2018
Csősz, E., Tóth, F., Mahdi, M., Tsaprailis, G., Emri, M and Tőzsér, J.: Analysis of networks of host proteins in the early time points following HIV transduction. Accepted to BMC Bioinformatics, BMC Bioinformatics, 2019
