E138K, a G→A mutation in the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) reverse transcriptase (RT), is preferentially selected by etravirine (ETR) and rilpivirine (RPV) over other substitutions at position E138 that offer greater drug resistance. We hypothesized that there was a mutational bias for the E138K substitution and designed an allele-specific PCR to monitor the emergence of E138A/G/K/Q/R/V during ETR or RPV selection experiments. E138K, as well as E138G, consistently emerged first during selection experiments, followed by E138A, E138Q and E138R. Surprisingly, E138K was identified as a minority in 23% of drug-naïve subtype B patients, and was not further enriched in patients with the M184I substitution. The high prevalence of E138K minority species could reflect a low fitness cost of E138K; however, E138K was one of the least fit substitutions at codon E138, even after taking into account the dNTP pools of the cells used in competition experiments. Ultra-deep sequencing analysis revealed other minority species in a pattern consistent with the mutational bias of HIV-1 RT. These results confirm the mutational bias of HIV-1 in patients and highlight the importance of G→A mutations in HIV-1 drug resistance evolution.This G→A bias reflects enriched adenosine in HIV-1 codons, a feature that is mysteriously targeted by the anti-HIV-1 restriction factor, Schlafen family protein 11 (SLFN11). Our in silico modeling of SLFN11 suggested putative structure-function relationships and a relation to Ski2-family RNA helicases. / E138K, une mutation G → A dans l'immunodéficience humaine de type virus humain 1 (VIH-1) et dans la transcriptase inverse (TI), est de préférence choisie par l'étravirine (ETR) et rilpivirine (RPV) plutôt que d'autres substitutions à la position E138 qui offrent une plus grande résistance. Nous avons supposé qu'il y avait un biais mutationnel pour la substitution E138K et conçu une PCR allèle spécifique pour surveiller l'émergence de E138A/G/K/Q/R/V lors d'expériences de sélection avec ETR ou RPV. E138K, ainsi que E138G, constamment apparue au cours d'expériences de sélection, suivi d'E138A, E138Q et E138R. Étonnamment, E138K a été identifiée comme une infime minorité dans 23% des cas de sous-type B de patients naïfs aux médicaments, et n'a pas augmenté chez les patients atteints de la substitution M184I. La prévalence élevée des espèces minoritaires de E138K pourrait refléter un faible coût de remise en forme de E138K, mais E138K était l'un des substitutions moins performants au niveau du codon E138, même après avoir pris en compte la concentration de dNTP dans cellules utilisées dans des expériences de compétition. Une analyse de séquençage en profondeure a révélé d'autres espèces minoritaires dans un modèle cohérent avec le biais mutationnel du VIH-1 TI. Ces résultats soulignent l'importance de G → A mutations du VIH-1 dans l'évolution de la résistance aux médicaments.Ce G → A biais a enrichi l'adénosine dans le codons VIH-1, une fonctionnalité qui est mystérieusement ciblé par le facteur anti-VIH-1 restriction, Schlafen protéine de la famille 11 (SLFN11). Notre modélisation in silico de SLFN11 suggère des relations structure/fonction présumée et une relation à l'hélicase ARN de famille Ski2.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121575 |
| Date | January 2014 |
| Creators | McCallum, Matthew |
| Contributors | Mark Wainberg (Internal/Supervisor) |
| 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 | Master of Science (Department of Microbiology & 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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