Estudio de la variabilidad genética del huésped en relación a la infección por VIH y ritmo de progresión a sida. Genes VDR y CCR5

by Sánchez de la Torre, Manuel

Resum A més del seu paper en la regulació del metabolisme mineral, la vitamina D a través del seu receptor intracel·lular (VDR), juga un paper significatiu en la modulació de la resposta immune. Variants del gen VDR han estat associades amb la vulnerabilitat a malalties infeccioses com la tuberculosis y la lepra i recentment amb la progressió clínica de malalts infectats per VIH-1, la qual cosa posa de manifest el paper que la variabilitat del gen VDR pot jugar en la resposta a agents patògens. El gen CCR5 codifica per a un receptor de citoquines actuant, juntament amb el CD4, com principal correceptor del virus de la immunodeficiència humana tipus I (VIH-1- 1). Variants del gen CCR5 que alteren el patró d'expressió del receptor han estat associades amb la susceptibilitat a la infecció per VIH-1 i progressió a sida. En la present tesi doctoral s'ha caracteritzat l'estructura d´haplotips del gen VDR. A partir del patró de blocs observat s'han seleccionat cinc variants polimòrfiques localitzades en diferents regions del gen amb la finalitat d'avaluar la seva associació amb la vulnerabilitat a la infecció pel VIH-1 i el ritme de progressió a sida. Els resultat obtinguts indican que l´haplotip GATGL, associat amb una menor funcionalitat de la ruta metabòlica de la vitamina D, confereix protecció a la infecció per VIH-1 seguint un model genètic dominant. Trobem també que el l´haplotip G++GL, relacionat també amb una menor funcionalitat de la ruta metabòlica de la vitamina D, confereix progressió lenta a sida seguint un model dominant. Finalment, trobem que l´haplotip G++AS confereix un major risc de progressió a sida, seguint un model recessiu. A més, hem caracteritzat variants polimòrfiques i lestructura d´haplotips del gen CCR5. A partir de la caracterització d'aquestes variants es va avaluar la seva associació amb el ritme de progressió a sida en pacients VIH+. Hem trobat que el diplotipo AB, relacionat amb una menor síntesi del receptor CCR5, confereix protecció enfront de la progressió a sida. L'anàlisi conjunta dels gens VDR i CCR5 ens ha permès determinar que els pacients que presenten el genotip combinat G++AS/G++AS (gen VDR) i noAB (gen CCR5) presenten el ritme més ràpid de progressió a sida. Els pacients portadors d'aquest genotip progressen a sida 7 anys abans que els portadors del genotip de protecció G++GL/- (gen VDR) i AB (gen CCR5). Una vegada descrits els haplotipos del gen VDR que presentaven associació. Es va avaluar lefecte fenotípic del haplotips del gen VDR associats amb infecció i progressió a sida amb els nivells d´expressió del receptor CCR5 i el seu lligat natural RANTES, així com en el balanç Th1/Th2 de pacients VIH+ addictes a droga per via intravenosa (ADVP) i controls sans. No es van detectar diferencies en la síntesi del receptor CCR5 ni en el seu lligant natural RANTES en funció del genotip per a VDR en els pacients VIH+. Tampoc es van detectar diferencies en el balanç Th1/Th2 en funció del genotip per a VDR en pacients VIH+ ADVP. No obstant això, varem trobar que els nivels de CCR5 en membrana varien en funció del genotip per a VDR en els controls sans. Els portadors del diplotip de protecció GL/- presentaven uns nivells inferiors de CCR5 en membrana que aquells que eran portadors del diplotip de risc AS/AS. Podem concloure doncs que en el context de la infecció per VIH-1 i progressió a sida l'acció de la vitamina D exerciria un paper negatiu en quant al control de la infecció viral. La caracterització dels haplotips de VDR i CCR5 podria ser dutilitat com factor de predicció de la progressió del malalt VIH+. La disponibilitat de vitamina D depèn de factors ambientals com la dieta i de la radiació solar disponible per a la síntesi de vitamina D. Per a entendre limpacta de la vitamina D en la infecció per VIH-1 i progressió a sida caldria considerar una complexa equació que inclogui factors ambientals, genètics i socials. Resumen Además de su papel en la regulación del metabolismo mineral, la vitamina D a través de su receptor intracelular (VDR), juega un papel significativo en la modulación de la respuesta inmune. Variantes del gen VDR han sido asociadas con la vulnerabilidad a enfermedades infecciosas como tuberculosis o lepra y recientemente con la progresión clínica de enfermos infectados por VIH-1, lo que pone de manifiesto el papel que la variabilidad del gen VDR puede jugar en la respuesta a agentes patógenos. El gen CCR5 codifica para un receptor de citoquinas actuando, junto a CD4, como principal correceptor del virus de la inmunodeficiencia humana tipo I (VIH-1-1). El estudio de variantes en el gen CCR5 que alteren el patrón de expresión del receptor han sido asociadas con variaciones en la respuesta frente a la infección por VIH-1 y progresión a sida. En la presente tesis doctoral se ha caracterizado la estructura de haplotipos del gen VDR. A partir del patrón de bloques observado se han seleccionado cinco variantes polimórficas localizadas en distintas regiones del gen VDR con el fin de evaluar su asociación con la vulnerabilidad a la infección por el VIH-1 y el ritmo de progresión a sida. Encontramos que el haplotipo GATGL del gen VDR, relacionado con una menor funcionalidad de la ruta metabólica de la vitamina D, confiere protección frente a la infección por VIH-1 siguiendo un modelo dominante. Encontramos también que el diplotipo G++GL/- del gen VDR, relacionado con una menor funcionalidad de la ruta metabólica de la vitamina D, confiere protección frente a la progresión a sida siguiendo un modelo dominante. Por último, encontramos que el diplotipo G++AS/G++AS confiere riesgo de progresión a sida siguiendo un modelo recesivo. Además, hemos caracterizado variantes polimórficas y estructura de haplotipos del gen CCR5. A partir de la caracterización de dichas variantes se evaluó su asociación con el ritmo de progresión a sida en pacientes VIH+. Encontramos que el diplotipo AB del gen CCR5, relacionado con una menor síntesis del receptor CCR5 confiere protección frente a la progresión a sida. El análisis de las variantes de los genes VDR y CCR5 nos permitió determinar que los pacientes que presentan el genotipo combinado G++AS/G++AS (gen VDR) y noAB (gen CCR5) presentan el ritmo más rápido de progresión a sida. Los pacientes portadores de dicho genotipo progresan a sida 7 años antes que los portadores del genotipo de protección G++GL/- (gen VDR) y AB (gen CCR5). Una vez descritos los haplotipos del gen VDR que presentaban asociación se determinó su efecto fenotípico en la expresión del receptor CCR5 y su ligado natural RANTES y en el balance Th1/Th2 en pacientes VIH+ adictos a droga por vía intravenosa (ADVP) y controles sanos. No se detectaron variaciones en la síntesis del receptor CCR5 ni en su ligando natural RANTES en función del genotipo para VDR en los pacientes VIH+. Tampoco se detectaron variaciones en el balance Th1/Th2 en función del genotipo para VDR en pacientes VIH+ ADVP. Sin embargo, encontramos que la síntesis del receptor CCR5 varía en función del genotipo para VDR en los controles sanos, siendo menor en los portadores del diplotipo de protección GL/- del gen VDR. Podemos concluir por tanto que en el contexto de la infección por VIH-1 y progresión a sida la acción de la vitamina D ejercería un papel negativo en el control de la infección viral. La caracterización del haplotipo del VDR y CCR5 de las variantes polimórficas analizadas podría servir como factor de predicción de la progresión del enfermo VIH+. La disponibilidad de vitamina D depende de factores ambientales como la dieta y la radiación solar disponible para la síntesis de la vitamina D . Para entender el impacto de la vitamina D en la infección por VIH-1 y progresión a sida hay que considerar una compleja ecuación que incluya factores ambientales, genéticos y sociales. In addition to a important function in the regulation of the mineral metabolism, vitamin D plays a significant role in the modulation of the immune response through its intracellular receptor, VDR. Variants of the VDR gene have been associated with vulnerability to infectious diseases like tuberculosis or leprosy and recently with the clinical progression of patients infected by HIV-1. These facts clearly indicate the importance of VDR variability in the response against pathogenic agents. CCR5 gene codifies for a cytokine receptor protein and is, together with the CD4, the main coreceptor of the virus of the human immunodeficiency type I (HIV-1-1). The study of variants in the CCR5 gene that alter the expression pattern of the receptor has shown that this variation is associated with differences in the response against HIV-1 infection and progression to AIDS. In the present thesis, the structure of haplotypes of the VDR gene has been characterized. From the block pattern observed, five polymorphic variants located in different regions from the VDR gene have been characterized with the purpose of evaluating its association with the vulnerability to infection by the HIV-1 and the rate of progression to AIDS. We have found that haplotype GATGL of the VDR gene, associated with a lower functionality of the metabolic pathway of vitamin D, confers protection from HIV-1 infection following a dominant model. We also found that diplotype G++GL/- of the VDR gene, which also implicates a lower functionality of the metabolic pathway of vitamin D, confers protection from progression to AIDS following a dominant model. Finally, we found that diplotype G++AS/G++AS increase the risk of progression to AIDS, following a recessive model. In addition, we have characterized several polymorphic variants and the structure of haplotypes for the CCR5 gene. Based in the characterization of these variants, we evaluated its association with the rate of progression to AIDS in patients HIV-1. We found that diplotype AB of CCR5 gene, linked to a lower synthesis of receptor CCR5, confers protection from progression to AIDS. The analysis of the variants of VDR and CCR5 genes together allowed us to determine that the patients who present combined genotype G++AS/G++AS (VDR gene) and noAB (CCR5 gene) presents the fastest rate from progression to AIDS. Patients carrying this genotype progress to AIDS 7 years earlier than carriers of protection genotype G++GL/- (VDR gene) and AB (CCR5 gene). Once defined the haplotypes of VDR gene that present association, we determined his phenotypic effect in the expression of receptor CCR5 and his natural ligand RANTES, as well as in the Th1/Th2 balance in intravenous-drugs-users (IVDU) HIV-1 patients and healthy controls. Variations in the synthesis of receptor CCR5 or in his natural ligand RANTES based on the genotype for VDR in patients HIV+ were not detected. Neither were detected variations in the Th1/Th2 based on the genotype for VDR in patients HIV-1 IVDU. Nevertheless, we found that the synthesis of receptor CCR5 varies depending on the genotype for VDR in the healthy controls, being lower in the carriers of the diplotype of protection GL/- of the VDR gene. Therefore, we can conclude that in the context of the infection by HIV-1 and progression to AIDS, vitamin D would play a negative paper in the control of the viral infection. The characterization of the VDR and CCR5 haplotypes for the analyzed polymorphic variants could be a useful factor for predicting progression in HIV+ patient. In addition to the genetic background, different environmental factors as well as behavioral factors could also be considered since the vitamin D availability is dependent of diet and solar radiation D. A complex equation including environmental, genetic and behavioral factors should be proposed to comprehend the impact of vitamin-D3 on HIV-1-1 infection. Our results offer a new scenario to understand the relationship between HIV-1-1 infection and vitamin-D3 metabolism, including dietary supply and synthesis through sunlight exposure.