Orientador: Sandra Cecilia Botelho Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-07T04:26:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bismara_BeatrizAparecidaPassos_M.pdf: 3138714 bytes, checksum: 1bf8ed00aa70e66a625bf970d08a27e9 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Investigamos a presença de mutações em crianças infectadas verticalmente pelo vírus da Imunodeficiência Humana tipo 1 (HIV-1) que conferem resistência aos agentes antiretrovirais. Amostras de sangue periférico foram coletadas de sessenta e seis pacientes em seguimento no do Ambulatório de Pediatria do Hospital das Clínicas da Universidade Estadual de Campinas. A partir de leucócitos destas amostras foi extraído o DNA, após diversas lavagens e precipitações. Foi preparado um Mix para 20 reações contendo 100µl de Buffer (50 mM de cloreto de potássio; 20 mM de Tris-HCl - pH 8,4); 100 µl de cloreto de magnésio (25mM); 12µl da mistura desoxirribonucléica - dNTPs (dATP, dGTP, dCTP; dTTP) a 25mM, 10µl de cada ¿primer¿ (25pmoles/µl); 0,5µl de Taq DNA polimerase e 0,5 µl do DNA a ser estudado, para a realização da PCR. As condições da reação foram: Desnaturação: 95ºC - 3 minutos; Anelamento: 55ºC ¿ 1 minuto; Extensão: 72ºC - 1 minuto (3 ciclos). Desnaturação: 95ºC ¿ 1 minuto; Anelamento: 55ºC ¿ 45 segundos; Extensão: 72ºC ¿ 1 minuto e Extensão final: 72ºC por 10 minutos (35 ciclos). As bandas foram visulizadas em gel de agarose 1%, obtendo-se uma banda de 1008 pares de bases. Os produtos selecionados foram submetidos a seguinte reação de seqüenciamento: 1,0 µl do produto da PCR; 4,0 µl de Premix (Amersham); 1,0 µl de primer 5 µM; Completar com dH2O para 10,0 µl de reação. Após a amplificação, os fragmentos foram analisados pelo Software MegaBACE¿ Sequence Analyzer, em seguida alinhados e comparados com o banco de dados público (GenBank), com o vírus selvagem, e com o programa Phred, Phrap, Consed. As principais mutações encontradas no gene da Transcriptase reversa foram: M184V(42,6%), M41L (39,3%), D67N (27,9%), T215Y (26,2%) e K70R (18%). No gene da Protease as principais encontradas foram: L63P (42,6%), L90M e M36I (32,8%), V77I (29,5%), I93L (24,6%), V82A (16,4%), I54V (14,8%) e K20R (13,1%). Concluímos que este método é muito eficaz para análise das seqüências, auxiliando na observação das mutações. Este exame deveria ser implantado na rotina para os pacientes portadores deste vírus, pois auxiliaria os clínicos na escolha de uma terapia ideal para cada paciente. As crianças que apresentavam estas mutações associadas às drogas antiretrovirais estavam com o quadro clínico afetado e a maioria dos esquemas terapêuticos não reduziam a carga viral em níveis desejáveis / Abstract: In this work our purpose was to determine the subtype, prevalence of drug-resistance mutations, and assess genotypic profiles in HIV-1 infected children under antiretroviral treatment, from Campinas, São Paulo, Brazil. Blood samples from sixty six vertically human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infected Brazilian children were studied for antiretroviral drug resistance. Combination therapy with protease (PR) and reverse transcriptase (RT) inhibitors can efficiently supress human immunodeficiency virus (HIV) replication, but the emergence of drug resistance variants correlates strongly with therapeutic failure1. DNA was extracted from peripheral blood mononuclear cells (PBMc) samples, and a 1.0 kb fragment containing HIV-1PR and RT-coding sequence were amplified by Nested Polymerase Chain Reaction, sequencing and subtyping. The HIV-1 subtyping based on the polymerase (pol) gene sequences (protease and reverse transcriptase-RT regions) was as follow: subtype B (83,6%), subtype F (9,8%) and B/F viral recombinant forms (6,6%). We found fifty five sequences presented significant mutations and thirty five presented common polymorphism conferring resistance to protease inhibitors (PIs). Forty one presented mutations associated with resistant to nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NRTIs). The entire viral protease and codons 1 to 219 of the reverse transcriptase gene from 61 HIV-1 isolates were amplified and sequenced for genotyping. Two major protease inhibitor-resistance associated mutations, M36I and L90M, were most prevalent in our samples (32,8%) and the polymorphism L69P (42,6%). Minor mutation were also found at the protease gene: V77I (29,5%), V82A (16,4%), I93L (24,6%), I54V (14,8%), K20R (13,1%). Many mutations associated with reduced susceptibility to nucleoside or non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors were detected: M41L (39,3%), M184V (42,6%), D67N (27,9%), T215Y (26,2%), L210W (21%), K70R (18%) and E44D (11,5%). This study demonstrated that 98,3% of the studied population from the Campinas, showing evidences of therapy failure, presented viral genomic mutations associated with drug resistance. The main antiretroviral to which this population showed resistance were PI nelfinavir (54%), and ritonavir with lopinavir (18%), and the NNRTIs efavirenz (18%) and nevirapine (3,2%), and the NRTIs zidovudine (60,6%), didanosine (47,5%), lamivudine (45,9%). Ninety-eight percent of patients under antiretroviral therapy and with high viral load counts showed resistance to at least one of the antiretroviral analyzed. / Mestrado / Mestre em Farmacologia

Drug resistance is a major problem in quickly evolving diseases, including the human immunodeficiency (HIV) and hepatitis C viral (HCV) infections. The viral proteases (HIV protease and HCV NS3/4A protease) are primary drug targets. At the molecular level, drug resistance reflects a subtle change in the balance of molecular recognition; the drug resistant protease variants are no longer effectively inhibited by the competitive drug molecules but can process the natural substrates with enough efficiency for viral survival. Therefore, the inhibitors that better mimic the natural substrate binding features should result in more robust inhibitors with flat drug resistance profiles. The native substrates adopt a consensus volume when bound to the enzyme, the substrate envelope. The most severe resistance mutations occur at protease residues that are contacted by the inhibitors outside the substrate envelope. To guide the design of robust inhibitors, we investigate the shared and varied properties of substrates with the protein dynamics taken into account to define the dynamic substrate envelope of both viral proteases. The NS3/4A dynamic substrate envelope is compared with inhibitors to detect the structural and dynamic basis of resistance mutation patterns. Comparative analyses of substrates and inhibitors result in a solid list of structural and dynamic features of substrates that are not shared by inhibitors. This study can help guiding the development of novel inhibitors by paying attention to the subtle differences between the binding properties of substrates versus inhibitors.

INTRODUÇÃO: A hepatite C crônica é uma das principais causas de hepatopatia em todo mundo. A coinfecção pelo vírus C (VHC) e o HIV não é incomum, pois ambos compartilham vias similares de transmissão. Recentemente, a terapêutica da hepatite C crônica foi radicalmente modificada com o advento das drogas antivirais de ação direta (DAAs), elevando as taxas de RVS mesmo na população coinfectada. O VHC é caracterizado pela sua alta taxa replicativa e por grande diversidade populacional. Substituições de ocorrência natural na protease viral associadas a resistência podem comprometer a terapêutica em alguns regimes baseados no uso de inibidores de protease (IPs). OBJETIVOS: Estimar a prevalência de polimorfismos e mutações de ocorrência natural associadas a resistência aos IPs em pacientes monoinfectados e coinfectados pelo VHC e HIV e identificar fatores clínicos e virológicos associados a presença de tais substituições. MATERIAIS E MÉTODOS: Dados epidemiológicos e clínicos foram obtidos de 247 pacientes (135 monoinfectados e 112 coinfectados pelo VHC e HIV). VHC RNA foi extraído do plasma dos indivíduos participantes e um fragmento de 765 pares de base da região NS3 foi amplificado e sequenciado por metodologia populacional (técnica de Sanger). O estadiamento da fibrose hepática foi realizado pelo escore não invasivo FIB- 4. RESULTADOS: 54 indivíduos (21,9%) apresentaram pelo menos uma substituição na região NS3/NS4A do VHC. Somente 14 pacientes (5,7%) apresentaram pelo menos uma mutação de resistência aos IPs (T54S, V55A ou Q80R). A Q80K não foi identificada em nenhuma das amostras. Não houve diferença entre monoinfectados e coinfectados quanto à ocorrência de polimorfismos ou mutações associadas a resistência. As variáveis independentemente associadas com substituições na região da protease foram infecção pelo VHC genótipo 1b, bilirrubinas totais > 1,5 vezes o LSN e níveis de albumina < 3,5 g/dL. Fibrose hepática avançada (FIB-4 > 3.25) não esteve associada a presença de substituições. A análise de diversidade nucleotídica na protease viral revelou maior heterogeneidade do VHC genótipo 1b em relação ao 1a. Contudo, a análise de pressão seletiva não demonstrou maior variabilidade de quasiespécies no grupo de hepatopatia avançada, achado este compatível com uma sequência genômica relativamente conservada. CONCLUSÕES: As substituições na região NS3/NS4 do VHC consistiram majoritariamente por polimorfismos naturais sem impacto clínico num eventual tratamento que envolva o uso de IPs. A prevalência de substituições associadas a resistência foi baixa e compatível com os valores informados pela maioria dos estudos nacionais e internacionais. A coinfecção pelo HIV não parece elevar a frequência de substituições na protease do VHC. A região NS3 do genótipo 1b foi altamente variável em relação ao genótipo 1a, reforçando o conceito de possíveis diferenças geográficas em relação ao perfil genético deste vírus / INTRODUCTION: Chronic hepatitis C is a major cause of liver disease worldwide. Hepatitis C vírus (HCV) and HIV coinfection is not uncommon due to similar transmission routes. Recently developed direct-acting antivirals drugs (DAAs) have increased the rate of SVR even in coinfected patients. HCV has a high replication rate and a lack of proofreading activity, leading to a greatly diverse viral population. Baseline spontaneously occurring resistance substitutions in the protease region may impair the rate of success in some protease inhibitors (PI) based regimens. OBJECTIVE: to determine the prevalence of naturally occurring polymorphisms and resistance associated variants to HCV PIs in mono and coinfected HCV HIV patients and to evaluate potential associations between amino acid substitutions in protease domain and clinical / virological features of those patients. METHODS: Clinical and epidemiological data were retrieved from medical records of 247 subjects in Brazil (135 HCV monoinfected and 112 HIV HCV coinfected patients). HCV-RNA was extracted from plasma and a fragment of 765 base pairs from the NS3 region was amplified and sequenced with Sanger-based technology. Fibrosis staging was assessed by non invasive score (FIB-4). RESULTS: Overall, 54 patients (21.9%) had at least one amino acid substitution in the NS3 region; only 14 patients (5.7%) harboured at least one resistance mutation (T54S, V55A, Q80R). Q80K mutation was not found in any sample. There was no difference between monoinfected and coinfected patients regarding the frequency of natural polymorphisms and resistance mutations. Variables independently associated with amino acid substitution were HCV subtype 1b, total bilirubin level > 1.5 ULN and albumin level < 3.5 g/dL. Advanced liver fibrosis (FIB-4 > 3.25) was not related to NS3 polymorphisms nor resistance associated variants. Examination of HCV protease nucleotide diversity revealed greater heterogeneity in subtype 1b than subtype 1a. Analysis of selective pressure did not reveal a greater quasispecies variability in advanced liver fibrosis group, being such finding consistent with a relatively conserved gene in this setting. CONCLUSION: Baseline HCV NS3 amino acid substitutions depicted herein were considered mostly natural polymorphisms with no clinical impact in a PI based therapy. The prevalence of resistance-associated substitutions was low and compatible with values reported by most national and international studies. HIV coinfection was not associated with a greater frequency of such substitutions in the studied sample. The NS3 region of genotype 1b was highly variable in relation to genotype 1a, highlighting geographic differences concerning HCV genetic profile

INTRODUÇÃO: A hepatite C crônica é uma das principais causas de hepatopatia em todo mundo. A coinfecção pelo vírus C (VHC) e o HIV não é incomum, pois ambos compartilham vias similares de transmissão. Recentemente, a terapêutica da hepatite C crônica foi radicalmente modificada com o advento das drogas antivirais de ação direta (DAAs), elevando as taxas de RVS mesmo na população coinfectada. O VHC é caracterizado pela sua alta taxa replicativa e por grande diversidade populacional. Substituições de ocorrência natural na protease viral associadas a resistência podem comprometer a terapêutica em alguns regimes baseados no uso de inibidores de protease (IPs). OBJETIVOS: Estimar a prevalência de polimorfismos e mutações de ocorrência natural associadas a resistência aos IPs em pacientes monoinfectados e coinfectados pelo VHC e HIV e identificar fatores clínicos e virológicos associados a presença de tais substituições. MATERIAIS E MÉTODOS: Dados epidemiológicos e clínicos foram obtidos de 247 pacientes (135 monoinfectados e 112 coinfectados pelo VHC e HIV). VHC RNA foi extraído do plasma dos indivíduos participantes e um fragmento de 765 pares de base da região NS3 foi amplificado e sequenciado por metodologia populacional (técnica de Sanger). O estadiamento da fibrose hepática foi realizado pelo escore não invasivo FIB- 4. RESULTADOS: 54 indivíduos (21,9%) apresentaram pelo menos uma substituição na região NS3/NS4A do VHC. Somente 14 pacientes (5,7%) apresentaram pelo menos uma mutação de resistência aos IPs (T54S, V55A ou Q80R). A Q80K não foi identificada em nenhuma das amostras. Não houve diferença entre monoinfectados e coinfectados quanto à ocorrência de polimorfismos ou mutações associadas a resistência. As variáveis independentemente associadas com substituições na região da protease foram infecção pelo VHC genótipo 1b, bilirrubinas totais > 1,5 vezes o LSN e níveis de albumina < 3,5 g/dL. Fibrose hepática avançada (FIB-4 > 3.25) não esteve associada a presença de substituições. A análise de diversidade nucleotídica na protease viral revelou maior heterogeneidade do VHC genótipo 1b em relação ao 1a. Contudo, a análise de pressão seletiva não demonstrou maior variabilidade de quasiespécies no grupo de hepatopatia avançada, achado este compatível com uma sequência genômica relativamente conservada. CONCLUSÕES: As substituições na região NS3/NS4 do VHC consistiram majoritariamente por polimorfismos naturais sem impacto clínico num eventual tratamento que envolva o uso de IPs. A prevalência de substituições associadas a resistência foi baixa e compatível com os valores informados pela maioria dos estudos nacionais e internacionais. A coinfecção pelo HIV não parece elevar a frequência de substituições na protease do VHC. A região NS3 do genótipo 1b foi altamente variável em relação ao genótipo 1a, reforçando o conceito de possíveis diferenças geográficas em relação ao perfil genético deste vírus / INTRODUCTION: Chronic hepatitis C is a major cause of liver disease worldwide. Hepatitis C vírus (HCV) and HIV coinfection is not uncommon due to similar transmission routes. Recently developed direct-acting antivirals drugs (DAAs) have increased the rate of SVR even in coinfected patients. HCV has a high replication rate and a lack of proofreading activity, leading to a greatly diverse viral population. Baseline spontaneously occurring resistance substitutions in the protease region may impair the rate of success in some protease inhibitors (PI) based regimens. OBJECTIVE: to determine the prevalence of naturally occurring polymorphisms and resistance associated variants to HCV PIs in mono and coinfected HCV HIV patients and to evaluate potential associations between amino acid substitutions in protease domain and clinical / virological features of those patients. METHODS: Clinical and epidemiological data were retrieved from medical records of 247 subjects in Brazil (135 HCV monoinfected and 112 HIV HCV coinfected patients). HCV-RNA was extracted from plasma and a fragment of 765 base pairs from the NS3 region was amplified and sequenced with Sanger-based technology. Fibrosis staging was assessed by non invasive score (FIB-4). RESULTS: Overall, 54 patients (21.9%) had at least one amino acid substitution in the NS3 region; only 14 patients (5.7%) harboured at least one resistance mutation (T54S, V55A, Q80R). Q80K mutation was not found in any sample. There was no difference between monoinfected and coinfected patients regarding the frequency of natural polymorphisms and resistance mutations. Variables independently associated with amino acid substitution were HCV subtype 1b, total bilirubin level > 1.5 ULN and albumin level < 3.5 g/dL. Advanced liver fibrosis (FIB-4 > 3.25) was not related to NS3 polymorphisms nor resistance associated variants. Examination of HCV protease nucleotide diversity revealed greater heterogeneity in subtype 1b than subtype 1a. Analysis of selective pressure did not reveal a greater quasispecies variability in advanced liver fibrosis group, being such finding consistent with a relatively conserved gene in this setting. CONCLUSION: Baseline HCV NS3 amino acid substitutions depicted herein were considered mostly natural polymorphisms with no clinical impact in a PI based therapy. The prevalence of resistance-associated substitutions was low and compatible with values reported by most national and international studies. HIV coinfection was not associated with a greater frequency of such substitutions in the studied sample. The NS3 region of genotype 1b was highly variable in relation to genotype 1a, highlighting geographic differences concerning HCV genetic profile

Antiviral drug resistance is a major problem in the treatment of viral infections, including influenza and hepatitis C virus (HCV). Influenza neuraminidase (NA) is a viral sialidase on the surface of the influenza virion and a primary antiviral target in influenza. Two subtypes of NA predominate in humans, N1 and N2, but different patterns of drug resistance have emerged in each subtype. To provide a framework for understanding the structural basis of subtype specific drug resistance mutations in NA, we used molecular dynamics simulations to define dynamic substrate envelopes for NA to determine how different patterns of drug resistance have emerged in N1 and N2 NA. Furthermore, we used the substrate envelope to analyze HCV NS3/4A protease inhibitors in clinical development. In addition, influenza hemagglutinin (HA) is a primary target of neutralizing antibodies against influenza. Novel broadly neutralizing antibodies (BnAbs) against the stem region of HA have been described and inhibit several influenza viral subtypes, but antibody neutralization escape mutations have emerged. We identified potential escape mutations in broadly neutralizing antibody F10 that may impact protein dynamics in HA that are critical for function. We also solved crystal structures of antibody fragments that are important for understanding the structural basis of antibody binding for influenza BnAbs. These studies can inform the design of improved therapeutic strategies against viruses by incorporating an understanding of structural elements that are critical for function, such as substrate processing and protein dynamics, into the development of novel therapeutics that are robust against resistance.

Viral proteases have been shown to be effective targets of anti-viral therapies for human immunodeficiency virus (HIV) and hepatitis C virus (HCV). However, under the pressure of therapy including protease inhibitors, the virus evolves to select drug resistance mutations both in the protease and substrates. In my thesis study, I aimed to understand the mechanisms of how this protease−substrate co-evolution contributes to drug resistance. Currently, there are no approved drugs against dengue virus (DENV); I investigated substrate recognition by DENV protease and designed cyclic peptides as inhibitors targeting the prime site of dengue protease. First, I used X-ray crystallography and subsequent structural analysis to investigate the molecular basis of HIV-1 protease and p1-p6 substrate coevolution. I found that co-evolved p1-p6 substrates rescue the HIV-1 I50V protease’s binding activity by forming more van der Waals contacts and hydrogen bonds, and that co-evolution restores the dynamics at the active site for all three mutant substrates. Next, I used aprotinin as a platform to investigate DENV protease–substrate recognizing pattern, which revealed that the prime side residues significantly modulate substrate affinity to protease and the optimal interactions at each residue position. Based on these results, I designed cyclic peptide inhibitors that target the prime site pocket of DENV protease. Through optimizing the length and sequence, the best inhibitor achieved a 2.9 micromolar Ki value against DENV3 protease. Since dengue protease does not share substrate sequence with human serine proteases, these cyclic peptides can be used as scaffolds for inhibitor design with higher specificity.

Made available in DSpace on 2015-07-22T20:50:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-09-28 / A seleção de mutações de resistência aos medicamentos antirretrovirais pós-falha terapêutica representam um grande desafio para a tomada de decisão de novos esquemas de tratamento na pandemia global. A elevada variabilidade genética do HIV-1 e a seleção de mutações de resistência transmitida a pacientes infectados cronicamente, sem que tenham participado de qualquer esquema terapêutico, tem sido objeto de vários estudos no mundo. Os padrões de resistência são estudados principalmente em países da Europa e Estados Unidos, que apresentam prevalência majoritária do subtipo B. Contudo, estudos que direcionam a seleção de mutações transmitidas aos medicamentos antirretrovirais e em subtipos não-B, assim como em suas formas recombinantes, tem aumentado significativamente em várias regiões do mundo. No Brasil, esses estudos são realizados esporadicamente e em regiões distintas do país e, principalmente, em pacientes recém-infectados. A alta variabilidade genética do HIV-1 no nosso país é representada de forma diversificada, com a presença do subtipo B, seguida do F, e especificamente na região Sul a importante prevalência do subtipo C. O objetivo principal deste estudo está embasado nas características de mutações de resistência transmitida aos medicamentos antirretrovirais pelo HIV-1 no gene pol, frações da transcriptase reversa e protease, com análise do perfil mutacional por grupos populacionais de pacientes cronicamente infectados pelo HIV-1 e não tratados, porém com indicação de início imediato de tratamento. Foram avaliados os pacientes representados nas regiões demográficas do Brasil. A prevalência nacional, resultou em 12,1% de mutações de resistência transmitida aos antirretrovirais pelo HIV-1 (grau intermediário de 5 a 15%) e 70,8% de subtipo B; 15,5% C; 6,4% F; 4,0% BF e 3,0% BC na classificação dos subtipos do HIV-1. Além disso, foram classificadas as prevalências de mutações transmitidas, dos subtipos do HIV-1 e características sociodemográficas, laboratoriais e os dados comportamentais na população HIV positiva pré-terapia por cidade nas cinco regiões brasileiras. / The selection of resistance mutations to antiretroviral drugs after failure of antiretroviral therapy represents a major challenge for decision-making of new therapeutic regimens in the global pandemic. The high genetic variability of HIV- 1and the selection of resistance mutations trasmitted to patients chronically infected without having participated in the regimen has been the subject of several studies in the world. Resistance patterns are studied mainly in European countries and the United States, wich have majority prevalence of subtype B. However, studies that guide the selection of transmitted mutants to antiretroviral drugs and non-B subtypes, and in their recombinant forms, has increased significantly in the several regions of the world. In Brazil, these studies are conducted sporadically and in different regions of the country and specially in newly infected patients. The high genetic variability of HIV-1 is represented in our country so diverse, with the presence of subtype B, followed by F, and specifically in the South region, the prevalence of subtype C. In addition, coexist the prevalence of recombinant forms, where the principal is the subtype BF, followed by BC. The main objective of this study estimate the characteristics of transmitted resistance mutations to antiretroviral drugs in HIV-1 ol gene, fractions of reverse transcriptase and protease, with mutational analysis of the profile by a population patients chronically infected with HIV-1 and not treated, but with indication of immediate initiation of treatment. We evaluated the patients represented in the demographic regions of Brazil. The national prevalence resulted in 12.1% of transmitted resistance mutations to antiretroviral (intermediate grade 5% to 15%) and 70.8%, 15.5% C, 6.4% F, 4.0% BF and 3.0% BC in the classification of subtypes of HIV-1. In addition, the prevalence of transmitted mutations, the subtypes of HIV-1 and sociodemographic characteristics, laboratory parameters and behavior data in population HIV-1 positive pre-treatment were classified by the cities in five Brazilian regions. / TEDE / BV UNIFESP: Teses e dissertações