O tratamento de indivíduos infectados pelo HIV-1 com terapia anti-retroviral (ARV) pode reduzir a viremia plasmática abaixo dos limites de detecção dos ensaios atuais em muitos pacientes, porém difícil de ser alcançada em crianças na vida real. Falha em alcançar ou manter a supressão da replicação viral está geralmente associada com o desenvolvimento de vírus resistentes a drogas. Nós investigamos o perfil de resistência genotípica em crianças com supressão viral prolongada (< 400 cópias/mL de RNA viral plasmático) em vigência de tratamento anti-retroviral. Nós obtivemos 32 amostras de células mononucleares do sangue periférico (do inglês PBMC) de 16 crianças do CEADIPe - UNIFESP quem tinham tido carga viral indetectável por 12 meses ou mais, em dois momentos: a primeira amostra na inclusão e a segunda após mínimo de 9 meses de acompanhamento. A análise das seqüências foi realizada em vírus isolado de PBMC pelo \"ABI PRISM 377 sequencer\" (Applied Biosystems, USA). Dentre as principais características da população do estudo encontramos: mediana da idade na inclusão de 11 (6-15 anos); esquemas terapêuticos com 2 inibidores da transcriptase reversa análogos nucleosídeo (ITRN) + 1 inibidor da protease (IP) ou 2 ITRN + 1 inibidor da transcriptase reversa não-nucleosídeo (ITRNN) ou 2 ITRN + 2 IP + 1 ITRNN ou 2 ITRN + 2 IP ou 2 ITRN; mediana de células CD4 (cél/mm 3 ) de 1016 (347- 2588) e 938 (440-3038) no primeiro e segundo momentos, respectivamente; classificação clínica (CDC 1994): N = 1, A = 3, B = 6; e classificação imune (CI): CI 1 = 4, CI 2 = 6, CI 3 = 6. O tempo médio de seguimento foi 15 (9 - 27) meses a partir da inclusão. Seis (37,5%) e 7 (43,75%) dos 16 pacientes mostraram no mínimo uma mutação associada aos ITRN, na primeira e na segunda amostra, respectivamente. Dois dos dezesseis (12,5%) apresentaram mutações associadas aos ITRNN na primeira amostra e 3/16 (18,75%) na segunda. Além disso, 14/16 (87,5%) mostraram pelo menos uma mutação associada aos IP nos dois momentos. A despeito do tratamento com drogas anti-retrovirais potentes e supressão do RNA do HIV-1 no plasma a níveis indetectáveis por vários meses, resistência parcial à terapia pode ter resultado primariamente de arquivos de vírus ou refletir precocemente condições sub-ótimas de tratamento. / Treatment of HIV1-infected individuals with antiretroviral therapy (ARV) can reduce plasma viremia to below the limits of detection of current assays in many patients, although it is difficult to happen to children in real life. Failure to achieve or maintain suppression of viral replication is often associated with the development of drug-resistant virus. We investigated genetic resistance profiles of low-level plasma HIV-1 in children with prolonged viral suppression (<400copies/mL of plasma HIV-1 RNA) while receiving ARV. We obtained 32 samples of peripheral-blood mononuclear cells (PBMC) from 16 children from CEADIPe - UNIFESP who had had undetectable viral load for 12 months or more, at two moments: first sample at the inclusion and second after a minimum 9-months follow-up time. Sequence analysis was performed on virus isolated from PBMC by \"ABI PRISM 377 sequencer\" (Applied Biosystems, USA). The main characteristics of the study population were: median age baseline = 11 (6-15 years); drug combinations = 2 nucleoside reverse transcriptase inhibitor (NRTI) + 1 protease inhibitor (PI) or 2 NRTI + 1 non-nucleoside reverse transcriptase (NNRTI) or 2 NRTI + 2 PI + 1 NNRTI or 2 NRTI + 2 PI or 2 NRTI; median CD4 cell count (cells/mm 3 ) = 1016 (347-2588) and 938 (440-3038) at first and second time points, respectively; clinic classification (CDC 1994): N = 1, A = 3, B = 6; and immune classification (IC): IC 1 = 4, IC 2 = 6, IC 3 = 6. The median follow-up time was 15 (9 - 27) months starting from the inclusion. Six (37,5%) and 7 (43,75%) of the 16 patients showed at least one NRTI-associated mutation, in the first and second samples, respectively. Two out of sixteen (12,5%) presented NNRTI-associated mutation at the first moment and 3/16 (18,75%) at the second. In addition, 14/16 (87,5%) showed at least one PI-associated mutation at both moments. Despite treatment with potent antiretroviral drugs and plasma HIV-1 RNA suppression to undetectable levels for several months, partial resistance to therapy may result primarily from archival or contemplate earlier sub optimal treatment conditions.

INTRODUÇÃO: A mudança nos critérios de introdução das drogas anti- retrovirais, assim como a dificuldade na manutenção da terapia anti-retroviral de alta eficácia, tem levado à descontinuação da terapêutica por longo período de tempo em alguns pacientes infectados pelo Vírus da Imunodeficiência Humana Adquirida-Tipo 1 (HIV-1). O objetivo deste estudo foi a caracterização dos fatores que levam à interrupção terapêutica e a avaliação da persistência da resistência aos anti-retrovirais após a interrupção da terapia anti-retroviral. MÉTODOS: Foram incluídos na pesquisa 150 pacientes de dois serviços de atendimento ambulatorial de atenção a pacientes infectados pelo HIV-1 da cidade de São Paulo, os quais se achavam em interrupção terapêutica havia pelo menos 6 meses. Os pacientes foram submetidos a um questionário e houve consulta aos prontuários. Foi realizada coleta de amostra de sangue para teste de genotipagem. O DNA pró-viral foi amplificado e seqüenciado para a região da protease e transcriptase reversa do vírus. As seqüências foram analisadas por meio do algoritmo de Stanford, sendo consideradas resistentes as amostras com resultado parcial ou completo de resistência a pelo menos uma droga. RESULTADOS: Dos 150 pacientes, 137 tiveram DNA do HIV-1 amplificado e seqüenciado, sendo que 38 (27,7%) apresentaram cepas resistentes. Entre os 38 pacientes com resistência, 29 (76,3%) apresentavam mutações para os análogos nucleosídeos inibidores da transcriptase reversa, 15 (39,4%) para os não análogos nucleosídeos inibidores da transcriptase reversa, e 5 (13,1%) para os inibidores da protease. A detectabilidade da carga viral antes da interrupção terapêutica foi o único fator associado com a resistência do vírus. Cento e dez (73,3%) pacientes suspenderam a medicação por orientação médica. A principal causa das interrupções terapêuticas foram os efeitos adversos para 58 (38,7%), seguida de 45 (30,0%) pacientes fora dos critérios atuais de início da terapia e/ou boas condições clínico/laboratoriais, e baixa adesão em 30 (20%). No ano anterior à pesquisa, 56 (37,3%) pacientes relataram relação sexual desprotegida e 130 (86,7%) mais que 2 parceiros. CONCLUSÕES: A freqüência de mutações de resistência revelou-se alta nesse grupo de pacientes. Tais mutações parecem ter um fitness semelhante ao das cepas selvagens, pois mesmo sem a pressão seletiva do medicamento por mais de 6 meses, mantiveram-se como cepas majoritárias. O aumento da carga viral, associado a comportamentos de risco, torna esses indivíduos uma fonte de cepas resistentes para a população, reforçando a necessidade de atenção especial para a prevenção da transmissão do HIV-1 nesse segmento de pacientes. / INTRODUCTION: Changes in guidelines for antiretroviral introduction and difficulties in maintaining Highly Active Antiretroviral Therapy have lead some physicians in Brazil to interrupt for long periods of time the treatment in some Human Immunodeficiency Virus-1 (HIV-1) infected patients. The objective of this study was to evaluate the causes that influenced long term treatment interruption and to determine the frequency of resistant strains among these patients. METHODS: A total of 150 patients, previously treated with antiretroviral therapy and under treatment interruption TI for at least 6 months, were recruited from two HIV outpatients clinics in São Paulo city. Patients responded to a questionnaire and the medical records were also analyzed. Plasma samples were obtained to HIV-1 genotypic resistance test. DNA was amplified for the protease and reverse transcriptase gene. Sequences were analyzed using Stanford algorithm; samples were considered resistant if they resulted in partial or complete resistance to at least one drug. RESULTS: One hundred thirty seven of the 150 samples had their DNA amplified, 38 (27.7%) of them harboring a resistant strain. Nucleoside reverse-transcripatse inhibitors, nonnucleoside reverse- transcripatse inhibitors and protease inhibitors associated mutations were present in 29 (76.3), 15 (39.4%) and 5 (13.1%) samples respectively. We could only associate presence of resistance to viral load detection before TI.. Of the 150 patients, 110 (73.3%) had interrupted treatment following medical advice, the remaining stopped by their own decision. The reasons for TI were: 58 (38.7%) had ARV-related side-effects, 45 (30.0%) had good laboratory parameter and/or started therapy based on criteria that were no longer used, 30 (20.0 %) had poor adhesion. During the 12 months prior to the study, there were 56 (37.3%) who had unprotected sexual relations and 130 (86.7%) had had sex with two or more partners. CONCLUSION: The frequency of drug resistance strains in this group of patients was high. These strains seem to have a good fitness because they were present after 6 months of drug interruption. The high viral load associated to non sexual protection in this group of patients may lead to increase in transmission of drug resistance strains.This highlights the need of prevention measures in this special group.

INTRODUÇÃO: A mudança nos critérios de introdução das drogas anti- retrovirais, assim como a dificuldade na manutenção da terapia anti-retroviral de alta eficácia, tem levado à descontinuação da terapêutica por longo período de tempo em alguns pacientes infectados pelo Vírus da Imunodeficiência Humana Adquirida-Tipo 1 (HIV-1). O objetivo deste estudo foi a caracterização dos fatores que levam à interrupção terapêutica e a avaliação da persistência da resistência aos anti-retrovirais após a interrupção da terapia anti-retroviral. MÉTODOS: Foram incluídos na pesquisa 150 pacientes de dois serviços de atendimento ambulatorial de atenção a pacientes infectados pelo HIV-1 da cidade de São Paulo, os quais se achavam em interrupção terapêutica havia pelo menos 6 meses. Os pacientes foram submetidos a um questionário e houve consulta aos prontuários. Foi realizada coleta de amostra de sangue para teste de genotipagem. O DNA pró-viral foi amplificado e seqüenciado para a região da protease e transcriptase reversa do vírus. As seqüências foram analisadas por meio do algoritmo de Stanford, sendo consideradas resistentes as amostras com resultado parcial ou completo de resistência a pelo menos uma droga. RESULTADOS: Dos 150 pacientes, 137 tiveram DNA do HIV-1 amplificado e seqüenciado, sendo que 38 (27,7%) apresentaram cepas resistentes. Entre os 38 pacientes com resistência, 29 (76,3%) apresentavam mutações para os análogos nucleosídeos inibidores da transcriptase reversa, 15 (39,4%) para os não análogos nucleosídeos inibidores da transcriptase reversa, e 5 (13,1%) para os inibidores da protease. A detectabilidade da carga viral antes da interrupção terapêutica foi o único fator associado com a resistência do vírus. Cento e dez (73,3%) pacientes suspenderam a medicação por orientação médica. A principal causa das interrupções terapêuticas foram os efeitos adversos para 58 (38,7%), seguida de 45 (30,0%) pacientes fora dos critérios atuais de início da terapia e/ou boas condições clínico/laboratoriais, e baixa adesão em 30 (20%). No ano anterior à pesquisa, 56 (37,3%) pacientes relataram relação sexual desprotegida e 130 (86,7%) mais que 2 parceiros. CONCLUSÕES: A freqüência de mutações de resistência revelou-se alta nesse grupo de pacientes. Tais mutações parecem ter um fitness semelhante ao das cepas selvagens, pois mesmo sem a pressão seletiva do medicamento por mais de 6 meses, mantiveram-se como cepas majoritárias. O aumento da carga viral, associado a comportamentos de risco, torna esses indivíduos uma fonte de cepas resistentes para a população, reforçando a necessidade de atenção especial para a prevenção da transmissão do HIV-1 nesse segmento de pacientes. / INTRODUCTION: Changes in guidelines for antiretroviral introduction and difficulties in maintaining Highly Active Antiretroviral Therapy have lead some physicians in Brazil to interrupt for long periods of time the treatment in some Human Immunodeficiency Virus-1 (HIV-1) infected patients. The objective of this study was to evaluate the causes that influenced long term treatment interruption and to determine the frequency of resistant strains among these patients. METHODS: A total of 150 patients, previously treated with antiretroviral therapy and under treatment interruption TI for at least 6 months, were recruited from two HIV outpatients clinics in São Paulo city. Patients responded to a questionnaire and the medical records were also analyzed. Plasma samples were obtained to HIV-1 genotypic resistance test. DNA was amplified for the protease and reverse transcriptase gene. Sequences were analyzed using Stanford algorithm; samples were considered resistant if they resulted in partial or complete resistance to at least one drug. RESULTS: One hundred thirty seven of the 150 samples had their DNA amplified, 38 (27.7%) of them harboring a resistant strain. Nucleoside reverse-transcripatse inhibitors, nonnucleoside reverse- transcripatse inhibitors and protease inhibitors associated mutations were present in 29 (76.3), 15 (39.4%) and 5 (13.1%) samples respectively. We could only associate presence of resistance to viral load detection before TI.. Of the 150 patients, 110 (73.3%) had interrupted treatment following medical advice, the remaining stopped by their own decision. The reasons for TI were: 58 (38.7%) had ARV-related side-effects, 45 (30.0%) had good laboratory parameter and/or started therapy based on criteria that were no longer used, 30 (20.0 %) had poor adhesion. During the 12 months prior to the study, there were 56 (37.3%) who had unprotected sexual relations and 130 (86.7%) had had sex with two or more partners. CONCLUSION: The frequency of drug resistance strains in this group of patients was high. These strains seem to have a good fitness because they were present after 6 months of drug interruption. The high viral load associated to non sexual protection in this group of patients may lead to increase in transmission of drug resistance strains.This highlights the need of prevention measures in this special group.

O tratamento de indivíduos infectados pelo HIV-1 com terapia anti-retroviral (ARV) pode reduzir a viremia plasmática abaixo dos limites de detecção dos ensaios atuais em muitos pacientes, porém difícil de ser alcançada em crianças na vida real. Falha em alcançar ou manter a supressão da replicação viral está geralmente associada com o desenvolvimento de vírus resistentes a drogas. Nós investigamos o perfil de resistência genotípica em crianças com supressão viral prolongada (< 400 cópias/mL de RNA viral plasmático) em vigência de tratamento anti-retroviral. Nós obtivemos 32 amostras de células mononucleares do sangue periférico (do inglês PBMC) de 16 crianças do CEADIPe - UNIFESP quem tinham tido carga viral indetectável por 12 meses ou mais, em dois momentos: a primeira amostra na inclusão e a segunda após mínimo de 9 meses de acompanhamento. A análise das seqüências foi realizada em vírus isolado de PBMC pelo \"ABI PRISM 377 sequencer\" (Applied Biosystems, USA). Dentre as principais características da população do estudo encontramos: mediana da idade na inclusão de 11 (6-15 anos); esquemas terapêuticos com 2 inibidores da transcriptase reversa análogos nucleosídeo (ITRN) + 1 inibidor da protease (IP) ou 2 ITRN + 1 inibidor da transcriptase reversa não-nucleosídeo (ITRNN) ou 2 ITRN + 2 IP + 1 ITRNN ou 2 ITRN + 2 IP ou 2 ITRN; mediana de células CD4 (cél/mm 3 ) de 1016 (347- 2588) e 938 (440-3038) no primeiro e segundo momentos, respectivamente; classificação clínica (CDC 1994): N = 1, A = 3, B = 6; e classificação imune (CI): CI 1 = 4, CI 2 = 6, CI 3 = 6. O tempo médio de seguimento foi 15 (9 - 27) meses a partir da inclusão. Seis (37,5%) e 7 (43,75%) dos 16 pacientes mostraram no mínimo uma mutação associada aos ITRN, na primeira e na segunda amostra, respectivamente. Dois dos dezesseis (12,5%) apresentaram mutações associadas aos ITRNN na primeira amostra e 3/16 (18,75%) na segunda. Além disso, 14/16 (87,5%) mostraram pelo menos uma mutação associada aos IP nos dois momentos. A despeito do tratamento com drogas anti-retrovirais potentes e supressão do RNA do HIV-1 no plasma a níveis indetectáveis por vários meses, resistência parcial à terapia pode ter resultado primariamente de arquivos de vírus ou refletir precocemente condições sub-ótimas de tratamento. / Treatment of HIV1-infected individuals with antiretroviral therapy (ARV) can reduce plasma viremia to below the limits of detection of current assays in many patients, although it is difficult to happen to children in real life. Failure to achieve or maintain suppression of viral replication is often associated with the development of drug-resistant virus. We investigated genetic resistance profiles of low-level plasma HIV-1 in children with prolonged viral suppression (<400copies/mL of plasma HIV-1 RNA) while receiving ARV. We obtained 32 samples of peripheral-blood mononuclear cells (PBMC) from 16 children from CEADIPe - UNIFESP who had had undetectable viral load for 12 months or more, at two moments: first sample at the inclusion and second after a minimum 9-months follow-up time. Sequence analysis was performed on virus isolated from PBMC by \"ABI PRISM 377 sequencer\" (Applied Biosystems, USA). The main characteristics of the study population were: median age baseline = 11 (6-15 years); drug combinations = 2 nucleoside reverse transcriptase inhibitor (NRTI) + 1 protease inhibitor (PI) or 2 NRTI + 1 non-nucleoside reverse transcriptase (NNRTI) or 2 NRTI + 2 PI + 1 NNRTI or 2 NRTI + 2 PI or 2 NRTI; median CD4 cell count (cells/mm 3 ) = 1016 (347-2588) and 938 (440-3038) at first and second time points, respectively; clinic classification (CDC 1994): N = 1, A = 3, B = 6; and immune classification (IC): IC 1 = 4, IC 2 = 6, IC 3 = 6. The median follow-up time was 15 (9 - 27) months starting from the inclusion. Six (37,5%) and 7 (43,75%) of the 16 patients showed at least one NRTI-associated mutation, in the first and second samples, respectively. Two out of sixteen (12,5%) presented NNRTI-associated mutation at the first moment and 3/16 (18,75%) at the second. In addition, 14/16 (87,5%) showed at least one PI-associated mutation at both moments. Despite treatment with potent antiretroviral drugs and plasma HIV-1 RNA suppression to undetectable levels for several months, partial resistance to therapy may result primarily from archival or contemplate earlier sub optimal treatment conditions.

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.

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.