Human T-lymphotropic virus type I (HTLV-I) is a persistent human retrovirus characterized by life-long infection and risk of developing HAM/TSP, a progressive neurological and inflammatory disease. Despite extensive studies of HTLV-I, a complete understanding of the viral dynamics has been elusive. Previous mathematical models are unable to fully explain experimental observations. Motivated by a new hypothesis for the mechanism of HTLV-I infection, a three dimensional compartmental model of ordinary differential equations is constructed that focusses on the highly dynamic interactions among populations of healthy, latently infected, and actively infected target cells. Results from mathematical and numerical investigations give rise to relevant biological interpretations. Comparisons of these results with experimental observations allow us to assess the validity of the original hypothesis. Our findings provide valuable insights to the infection and persistence of HTLV-I in vivo and motivate future mathematical and experimental work. / Applied Mathematics

INTRODUÇÃO: A Leucemia/Linfoma de células T do adulto (ATL) é uma doença linfoproliferativa crônica com transformação clonal predominantemente de linfócitos TCD4+, causada pelo vírus linfotrópico T humano do tipo I (HTLV-I). A ATL se desenvolve em 3-5% dos portadores do vírus HTLV-I, após longo período de latência clínica, acompanhado de expansão clonal dos linfócitos infectados. As células da ATL apresentam várias anormalidades cromossômicas, semelhantes àquelas resultantes de disfunção telomérica e a instabilidade genômica contribui para o desenvolvimento da ATL. Para entender o papel do encurtamento telomérico na oncogênese da ATL, avaliamos o comprimento dos telômeros de linfócitos TCD4 e TCD8 em portadores do vírus HTLV-I e em portadores de ATL. RESULTADOS: Não foi evidenciada diferença significativa no comprimento de telômero dos subtipos linfocitários TCD4+ e TCD8+ entre portadores do vírus HTLV-I e indivíduos saudáveis, assim como, entre portadores de ATL e indivíduos saudáveis. Entretanto, quando incluímos na análise a variável idade, evidenciamos redução significativa do comprimento do telômero com a idade em portadores do vírus HTLV-I e maior perda telomérica nos portadores do vírus HTLV-I e portadores de ATL em relação aos indivíduos saudáveis de mesma idade, embora a diferença entre os grupos não atinja o nível de significância estatística. Estes resultados podem ser explicados pelo fato de que as células dos indivíduos infectados pelo vírus HTLV-I apresentam maior taxa proliferativa devido à ação viral, mesmo em estado de latência clínica. A perda telomérica em função da idade nos portadores de ATL não demostrou-se significativa devido ao pequeno número de casos analisados em decorrência da raridade da doença. Entretanto, quando analisamos o comprimento telomérico nos subtipos linfocitários de portadores de ATL, evidenciamos acentuada perda telomérica na célula maligna e valores próximos ao limite superior esperado para a idade no subtipo linfocitário não transformado, demonstrando que a disfunção telomérica deve estar associada à transformação celular. Estabelecemos valores de referência de comprimento telomérico dos subtipos linfocitários TCD4+ e TCD8+ de indivíduos saudáveis, definidos por faixa etária. CONCLUSÃO: Nossos resultados demonstram que portadores do vírus HTLV-I apresentam maior perda telomérica em função da idade que indivíduos saudáveis, mas, sem refletir significância estatística e clínica. Entretanto, portadores de ATL apresentam perda acentuada de comprimento de telômero na célula maligna, demonstrando que a determinação do comprimento de telômero pode auxiliar futuramente o monitoramento dos indivíduos infectados pelo HTLV-I, indicando conversão à doença / INTRODUCTION: Adult T-cell Leukemia/Lymphoma (ATL) is a chronic lymphproliferative disease with clonal transformation predominantly of the TCD4+ lymphocytes, caused by the Human T lymphotropic virus type-I (HTLV-I). ATL develops itself in 3-5% of HTLV-I carriers after a long period of clinical latency accompanied by clonal expansion of the infected lymphocytes. The ATL cells present several chromosomic abnormalities, similar to those resulting from telomere dysfunction and the genomic instability contributes to the development of ATL. In order to understanding the role of telomeric shortening in the ATL oncogenesis, we assessed the length of telomeres of lymphocytes TCD4 and TCD8 in HTLV-I carriers and in ATL carriers. RESULTS: No significant difference was evidentiated in the telomere length of lymphocytary subtypes TCD4+ and TCD8+ between HTLV-I carriers and healthy subjects, as well as, between ATL carriers and healthy subjects. However, when the age variable was included in the analysis, we observed significant decrease of telomeric length with age progression in HTLV-I carriers and higher telomeric loss in HTLV-I carriers and ATL carriers when compared to healthy subjects of the same age, although the difference between groups does not reach the level of statistic relevance. These results may be explained by the fact that the cells of HTLV-I infected subjects present higher proliferative rate due to the viral action, even during clinical latency. Age-related telomeric loss in ATL carriers did not manifest itself as significant due to the small number of analyzed cases as a consequence of the diseases rareness. However, when the telomere length on the lymphocytary subtypes of ATL carriers was analyzed, we evidentiated accentuated telomeric loss in the malignant cell and values close to the age-expected upper limit in the nontransformed lymphocytary subtype, demonstrating that the telomere dysfunction may be associated to the cellular transformation. We have determined reference values of telomere length for lymphocytary subtypes TCD4+ and TCD8+ on healthy subjects, defined by age range. CONCLUSION: Our results demonstrate that HTLV-I carriers present higher telomeric loss due to age than healthy subjects, however, with no reflection in clinical and statistical significance. Nevertheless, ATL carriers present accentuated loss of telomere length in the malignant cell, demonstrating that the telomere length determination may, in the future, assist in the monitoring of HTLV-I infected subjects, indicating conversion to the disease

Embora o vírus linfotrópico de células T humanas do tipo 1 (HTLV-1) seja reconhecido como o agente etiológico da leucemia/linfoma de células T do adulto (ATL) e da paraparesia espástica tropical/mielopatia associada ao HTLV-1 (HAM/TSP), cerca de 90% dos indivíduos infectados permanecem assintomáticos por toda a vida. Até o presente momento, os fatores associados ao desenvolvimento de doença relacionada ao HTLV-1 não foram totalmente elucidados. Sabe-se que o aumento da carga proviral e a expressão de genes virais estão envolvidos no desenvolvimento/progressão de doenças associadas ao HTLV-1. Assim, por exemplo, a proteína Tax modula genes envolvidos na patogênese da HAM/TSP e genes regulados por HBZ estimulam a proliferação de linfócitos T, induzindo a ATL. Desde a última década, diversos estudos têm demonstrado que células transformadas pelo HTLV-1 apresentam microRNAs do hospedeiro desregulados, o que poderia promover alteração na expressão de genes virais (tax e HBZ), com possível contribuição para o desenvolvimento de HAM/TSP e ATL. Diante desses indícios, o presente estudo teve como objetivos: i) quantificar a expressão de miRNAs humanos conhecidos em células T CD4+ e T CD8+ do sangue periférico de indivíduos assintomáticos infectados por HTLV-1 e de pacientes com HAM/TSP; ii) identificar padrões diferenciais de expressão de miRNAs desregulados que pudessem caracterizar os grupos de pacientes de acordo com sua condição clínica; iii) investigar associações dos padrões diferenciais de expressão de miRNAs com a carga proviral e com a expressão dos genes tax e HBZ de HTLV-1. Analisou-se o perfil de expressão de 754 miRNAs em células T CD4+ e TCD8+ infectadas por HTLV-1 em 19 indivíduos assintomáticos, 17 pacientes com HAM/TSP e 14 controles não infectados. Foram detectados 10 miRNAs diferencialmente expressos no grupo HAM, quando comparados ao grupo ASS (super-expressos: hsa-miR-133a, -148a, -211, -330, -369-5p, -486 e -889 e sub-expressos: hsa-miR-520b, -520e e -566). A expressão alterada dos hsa-miR-133a, -148a, -211, e -889 (super-expressos) e do hsa-miR-520b (sub-expresso) foi correlacionada à carga proviral e a do hsa-miR-211 (super-expresso) à expressão de tax. Além disso, ao analisar as vias canônicas geradas no estudo, identificaram-se as moléculas IL6ST, PTPN11, MAP2K5, ELK4, AKT1, BAD, FOSL1, IRAK 3, CDC42, STAT3 e CREB A como potencialmente afetadas pela expressão alterada de miRNAs no grupo HAM, quando comparado com o grupo ASS. Tais achados mostram-se úteis para o delineamento futuro de estudos longitudinais com indivíduos infectados por HTLV-1, com vistas à identificação de biomarcadores prognósticos de risco para o desenvolvimento de HAM/TSP. / Even though human lymphotropic virus type 1 (HTLV-1) is etiologically linked to adult T-cell leukemia (ATL) and to HTLV-1-associated myelopathy/tropical spastic paraparesis (HAM/TSP), about 90% of infected individuals remain asymptomatic lifelong. So far, factors that are associated with development of HTLV-1-related disease have not been totally clarified. Increase in proviral load and expression of viral genes are recognized as involved in disease development and progression. For instance, the Tax protein is known to modulate genes that are involved in HAM/TSP pathogenesis and HBZ-regulated genes account for T lymphocyte proliferation that leads to ATL. In the last decade, several studies have shown that HTLV-1-transformed cells exhibit dysregulated human microRNA expression, which could result in altered viral gene expression (tax and HBZ), contributing to the development of HAM/TSP and ATL. Based on this evidence, our study aimed at: i) quantifying known human miRNA expression in CD4+ and CD8+ peripheral blood T-cells from HTLV-1 asymptomatic carriers and patients with HAM/TSP; ii) identifying distinctive dysregulated miRNA expression profiles that could distinguish patients according to their clinical status; iii) investigating associations between differential miRNA expression profiles with proviral load and with HTLV-1 tax and HBZ gene expression. We analysed the expression profile of 754 miRNAs in CD4+ e CD8+ peripheral blood T cells from 19 HTLV-1 asymptomatic carriers (AC), 17 patients with HAM/TSP (HAM) and in 14 non-infected controls. Ten differentially expressed miRNAs were found in HAM, as compared with AC (overexpressed: hsa-miR-133a, -148a, -211, -330, -369-5p, -486 and -889; and underexpressed: hsa-miR-520b, -520e and -566). Altered expression of hsa-miR-133a, -148a, -211, and -889 (overexpressed) and of hsa-miR-520b (underexpressed) was shown to be correlated with proviral load and that of hsa-miR-211 (overexpressed) with tax expression. Moreover, analysing the miRNA canonical pathways generated in this study, we identified IL6ST, PTPN11, MAP2K5, ELK4, AKT1, BAD, FOSL1, IRAK 3, CDC42, STAT3 and CREB A as molecules that are potentially affected by altered miRNA expression in HAM, as compared to AC. Our findings are useful for the future design of longitudinal studies of HTLV-1 infected cohorts, aiming at the recognition of prognostic biomarkers of risk for the development of HAM/TSP

Embora o vírus linfotrópico de células T humanas do tipo 1 (HTLV-1) seja reconhecido como o agente etiológico da leucemia/linfoma de células T do adulto (ATL) e da paraparesia espástica tropical/mielopatia associada ao HTLV-1 (HAM/TSP), cerca de 90% dos indivíduos infectados permanecem assintomáticos por toda a vida. Até o presente momento, os fatores associados ao desenvolvimento de doença relacionada ao HTLV-1 não foram totalmente elucidados. Sabe-se que o aumento da carga proviral e a expressão de genes virais estão envolvidos no desenvolvimento/progressão de doenças associadas ao HTLV-1. Assim, por exemplo, a proteína Tax modula genes envolvidos na patogênese da HAM/TSP e genes regulados por HBZ estimulam a proliferação de linfócitos T, induzindo a ATL. Desde a última década, diversos estudos têm demonstrado que células transformadas pelo HTLV-1 apresentam microRNAs do hospedeiro desregulados, o que poderia promover alteração na expressão de genes virais (tax e HBZ), com possível contribuição para o desenvolvimento de HAM/TSP e ATL. Diante desses indícios, o presente estudo teve como objetivos: i) quantificar a expressão de miRNAs humanos conhecidos em células T CD4+ e T CD8+ do sangue periférico de indivíduos assintomáticos infectados por HTLV-1 e de pacientes com HAM/TSP; ii) identificar padrões diferenciais de expressão de miRNAs desregulados que pudessem caracterizar os grupos de pacientes de acordo com sua condição clínica; iii) investigar associações dos padrões diferenciais de expressão de miRNAs com a carga proviral e com a expressão dos genes tax e HBZ de HTLV-1. Analisou-se o perfil de expressão de 754 miRNAs em células T CD4+ e TCD8+ infectadas por HTLV-1 em 19 indivíduos assintomáticos, 17 pacientes com HAM/TSP e 14 controles não infectados. Foram detectados 10 miRNAs diferencialmente expressos no grupo HAM, quando comparados ao grupo ASS (super-expressos: hsa-miR-133a, -148a, -211, -330, -369-5p, -486 e -889 e sub-expressos: hsa-miR-520b, -520e e -566). A expressão alterada dos hsa-miR-133a, -148a, -211, e -889 (super-expressos) e do hsa-miR-520b (sub-expresso) foi correlacionada à carga proviral e a do hsa-miR-211 (super-expresso) à expressão de tax. Além disso, ao analisar as vias canônicas geradas no estudo, identificaram-se as moléculas IL6ST, PTPN11, MAP2K5, ELK4, AKT1, BAD, FOSL1, IRAK 3, CDC42, STAT3 e CREB A como potencialmente afetadas pela expressão alterada de miRNAs no grupo HAM, quando comparado com o grupo ASS. Tais achados mostram-se úteis para o delineamento futuro de estudos longitudinais com indivíduos infectados por HTLV-1, com vistas à identificação de biomarcadores prognósticos de risco para o desenvolvimento de HAM/TSP. / Even though human lymphotropic virus type 1 (HTLV-1) is etiologically linked to adult T-cell leukemia (ATL) and to HTLV-1-associated myelopathy/tropical spastic paraparesis (HAM/TSP), about 90% of infected individuals remain asymptomatic lifelong. So far, factors that are associated with development of HTLV-1-related disease have not been totally clarified. Increase in proviral load and expression of viral genes are recognized as involved in disease development and progression. For instance, the Tax protein is known to modulate genes that are involved in HAM/TSP pathogenesis and HBZ-regulated genes account for T lymphocyte proliferation that leads to ATL. In the last decade, several studies have shown that HTLV-1-transformed cells exhibit dysregulated human microRNA expression, which could result in altered viral gene expression (tax and HBZ), contributing to the development of HAM/TSP and ATL. Based on this evidence, our study aimed at: i) quantifying known human miRNA expression in CD4+ and CD8+ peripheral blood T-cells from HTLV-1 asymptomatic carriers and patients with HAM/TSP; ii) identifying distinctive dysregulated miRNA expression profiles that could distinguish patients according to their clinical status; iii) investigating associations between differential miRNA expression profiles with proviral load and with HTLV-1 tax and HBZ gene expression. We analysed the expression profile of 754 miRNAs in CD4+ e CD8+ peripheral blood T cells from 19 HTLV-1 asymptomatic carriers (AC), 17 patients with HAM/TSP (HAM) and in 14 non-infected controls. Ten differentially expressed miRNAs were found in HAM, as compared with AC (overexpressed: hsa-miR-133a, -148a, -211, -330, -369-5p, -486 and -889; and underexpressed: hsa-miR-520b, -520e and -566). Altered expression of hsa-miR-133a, -148a, -211, and -889 (overexpressed) and of hsa-miR-520b (underexpressed) was shown to be correlated with proviral load and that of hsa-miR-211 (overexpressed) with tax expression. Moreover, analysing the miRNA canonical pathways generated in this study, we identified IL6ST, PTPN11, MAP2K5, ELK4, AKT1, BAD, FOSL1, IRAK 3, CDC42, STAT3 and CREB A as molecules that are potentially affected by altered miRNA expression in HAM, as compared to AC. Our findings are useful for the future design of longitudinal studies of HTLV-1 infected cohorts, aiming at the recognition of prognostic biomarkers of risk for the development of HAM/TSP