34 million individuals worldwide are currently infected with the human immunodeficiency virus (HIV). Following the isolation of HIV, the first direct acting antiviral was approved. This particular compound targeted the reverse transcriptase (RT) enzyme, and resulted in a decrease in viral load in patients receiving therapy. Shortly after, it was demonstrated that the use of a single inhibitor quickly leads to the selection of drug resistance mutations, and subsequently to viral rebound. To combat this, combination therapy was introduced which targets multiple proteins, including RT and other enzymes, such as HIV integrase (IN). RT reverse transcribes the single-stranded RNA genome into double-stranded DNA, followed by the insertion of this product into the host genome by IN. A detailed understanding of the mechanism of action of the drug target, the inhibitor itself, as well as how resistance-associated mutations act, is necessary to improve current therapies. Typically, drug resistance mutations occur near the binding site of the inhibitor. However, the first part of this thesis examines a mutation in HIV-1 RT, N348I, which confers, and is distant from the binding site of, both nucleoside reverse transcriptase inhibitors, and non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NNRTIs). We describe the specific stage during HIV-1 reverse transcription where N348I exerts its effect on the first-generation NNRTI, neverapine, but not efavirenz. RT is targeted by multiple classes of drugs, while only one inhibitor, raltegravir (RAL), is currently approved to target HIV-1 IN. The development of IN inhibitors has been hindered by the lack of structural information with respect to the enzyme, IN-DNA interactions, as well as the mechanism of action of RAL. We pinpoint several interactions between HIV-1 IN and its DNA substrate, which are important for enzymatic activity. We also elucidate the contributions of these interactions in the context of inhibition by RAL, with respect to the wild-type enzyme, as well as the IN drug resistance mutation N155H. Following the acquisition of primary resistance mutations in HIV-1 IN, such as N155H, secondary mutations often appear. These mutations compensate for decreased viral fitness, and can potentially amplify resistance. The final study presented herein, examines whether one such mutation recently identified in RAL-experienced patients at position N117, confers resistance to RAL. / 34 millions de personnes dans le monde sont infectées par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH). Après l'isolement du VIH, le premier antiviral d'action directe a été approuvé. Cet antirétroviral ciblait l'enzyme de la transcriptase inverse (RT), et entrainait une diminution de la réplication virale chez les patients. Peu de temps après, il a été démontré que l'utilisation d'un seul inhibiteur conduit rapidement à la sélection de mutations de résistance contre le médicament, et par conséquent un rebond de la réplication virale. Pour résoudre ce problème, la thérapie combinée a été introduite. Celle-ci repose sur le principe où plusieurs protéines virales sont ciblé simultanément comme par exemple RT et l'intégrase du VIH (IN). RT permet de transcrire en direction inverse (rétrotranscription) l'ARN génomiques virale en ADN, suivie par l'insertion de cet ADN dans l'ADN génomique de l'hôte par IN. Une compréhension du mécanisme d'action de la cible du médicament, de l'inhibiteur lui-même, ainsi que du mécansime conférant les mutations de résistance aux inhibiteurs viraux est nécessaire pour améliorer les traitements courants. En règle générale, les mutations qui confèrent une résistance aux médicaments ce produisent a proximité du site de liaison de l'inhibiteur. Toutefois, la première partie de cette thèse examine une mutation du VIH-1 RT, N348I, qui confère la résistance malgré le fait que la mutation soit éloigné du site de liaison des inhibiteurs nucléosidique (NRTIs) et non nucléosidique de la transcriptase inverse (NNRTIs). Notre étude nous permet de décrire l'étape spécifique lors de la transcription inverse du VIH-1 où N348I exerce son effet sur un NNRTI de première génération, la névirapine, mais pas sur l'éfavirenz. Alors qu'une multitude de médicaments appartenant soit aux NRTIs ou aux NNRTIs cible la RT, un seul inhibiteur, le raltégravir (RAL), est actuellement approuvé pour cibler l'IN du VIH-1. Le développement d'inhibiteurs de l'IN a été entravée par le manque d'information structurelle à l'égard de l'enzyme, les interactions entre l'IN et l'ADN, ainsi que le mécanisme d'action du RAL. Notre étude a permis de characteriser plusieurs interactions entre le VIH-1 IN et son substrat d'ADN qui sont importantes pour l'activité enzymatique. Également, nous avons élucidé les contributions de ces interactions dans le contexte de l'inhibition par le RAL à l'égard de l'enzyme de type sauvage, ainsi qu'en présence de la mutation de résistance au médicament N155H . Suite à l'acquisition de mutations de résistance primaires du VIH-1 IN, tels que N155H, des mutations secondaires apparaissent souvent. Ces mutations compensent pour la diminution de l'efficacité virale tout en amplifiant significativement la résistance au médicament. Finalement, la dernière étude présentée ici examine si une telle mutation qui a été récemment identifié en position N117 chez les patients traités avec le RAL confère une résistance au médicament.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.117098 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Biondi, Mia |
| Contributors | Matthias Gotte (Supervisor1), Michael Reed (Supervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Microbiology and Immunology) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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