Evolutionsdynamik des pol-Gens bei HIV-1 infizierten Patienten unter geändertem selektiven Druck Patienten unter geändertem selektiven Druck

Balduin, Melanie (2008). Evolutionsdynamik des pol-Gens bei HIV-1 infizierten Patienten unter geändertem selektiven Druck Patienten unter geändertem selektiven Druck. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Die hohe Mutationsrate von HIV führt zu einer gesteigerten Populationsdynamik und zur gleichzeitigen Existenz mehrerer Viruspopulationen (Quasispezies) bei einem Patienten.In Therapiepausen verändern sich die vorherrschenden Viruspopulationen, aufgrund desWegfalls des selektiven Medikamentendrucks. HIV-Stämme, die unter einer Therapie resistenzassoziierte Mutationen entwickelt haben, weisen häufig eine reduzierte Replikationsfähigkeit auf und werden während einer Therapiepause durch Stämme mit einer besseren viralen Fitness verdrängt. In der vorliegenden Arbeit wurden in der Therapiepause insgesamt weniger Mutationen als vor der Pause detektiert. Die Detektion eines Wildtypstamms korrelierte signifikant mit einer Dauer der Pause ≥ 51 Tage. Mutationen, die stark die virale Fitness beeinträchtigen, wie M184V in der Reversen Transkriptase (RT), konnten trotz hoher Prävalenz vor der Pause, in der Pause nicht mehr nachgewiesen werden. Andererseits traten in der Pause aber auch Mutationen auf, die vorher noch nicht detektiert werden konnten. Dies waren vorwiegend NNRTI assoziierte Mutationen, deren Selektion aufgrund der langen Halbwertzeit von NNRTI im Blut und daraus resultierender suboptimaler Wirkstoffspiegel begünstigt ist. Die Selektion der NRTI Mutation K70R in der RT, die bei drei Patienten erst in der Pause detektiert wurde, kann über einen NRTIResistenz-Mutationspfad erklärt werden. K70R ist eine frühe Mutation, die nach Selektion weiterer Resistenzmutationen verloren gehen kann. Bei Verlust dieser zusätzlichen Mutationen in der Therapiepause setzt sich anscheinend wieder eine frühe Variante des Resistenzpfads durch. Eine signifikante Korrelation von ≤ 1 sekundären PI Mutation oder keiner primären PI Mutation und dem Erfolg der Therapie nach der Pause empfahl die Anzahl an PI Mutationen in der Pause als prädiktiven Parameter für den Erfolg der Therapie nach der Pause. Der Vergleich von Wildtypvarianten, die in der Pause entstandenen waren mit Wildtypstämmen von therapienaiven Patienten an den Codons der Aminosäurepositionen 103 bzw. 219 der RT gab keinen Hinweis, dass stille Mutationen im Genom des Virus als Spuren einer ehemaligen Resistenz hinterlassen werden. In einem Kollektiv von 159 therapienaiven Patienten wurde die Prävalenz von übertragenen, resistenten Virusstämmen untersucht. Durch Direktsequenzierung wurden bei 10,7% übertragene NRTI und bei 3,8% übertragene NNRTI Resistenzen gefunden. Um die Prävalenz von Virusstämmen mit einer NNRTI assoziierten K103N zu einem geringeren Anteil als 20% an der Gesamtpopulation zu untersuchen, wurde ein Minderheitenassay entwickelt, der eine Sensitivität bis zu 0,2% besaß. Diese Mutation wurde ausgewählt, weil sie alleine ausreichend ist, um ein Medikamentenversagen aller NNRTIs zu verursachen. Die K103N war mit dieser Minderheitenanalyse bei 20% der Patienten detektierbar. Klassifiziert nach HIV-1 Subtyp zeigte sich ein signifikant höherer Anteil K103N Minderheiten (40,6%) bei den non-B Subtypen, im Vergleich zu 15% bei den Patienten mit einem HIV-1 Subtyp B. Untersuchungen zur klinischen Relevanz dieser vor Therapiebeginn detektierten minoren NNRTI-resistenten Stämme zeigen, dass tendenziell (aber nicht signifikant) mehr Patienten unter einem NNRTI-Regime versagten, wenn sie vor Therapiestart eine Minderheit aufwiesen. Dabei konnte das Therapieversagen jedoch nicht auf den prozentualen Anteil minorer NNRTI resistenter Stämme innerhalb der Gesamtviruspopulation zurückgeführt werden.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

As a consequence of the high mutation rate of HIV, different viral populations can coexist in one patient. The lack of selective pressure of drugs caused by a treatment interruption (TI) frequently leads to a shift in the circulating major virus population to a more sensitive strain. HIV-strains with resistance associated mutations, developed under antiretroviral therapy, had frequently lower replication capacities and were displaced by viral populations with a higher fitness during TI.In this work, cessation of treatment leads to a significant reduction in the number of resistance associated mutations. The detection of a wildtype virus in TI correlates significantly with duration of interruption ≥ 51 days. Mutations with a negative strong effect on the viral fitness, e.g. the M184V highly prevalent before interruption, disappeared completely during TI. The emergence of newly detected resistant associated mutations, which were not visible before TI, needs to be addressed. This risk is especially high for NNRTIs due to the long half-life of these drugs, which leads to suboptimal plasma concentration long after their withdrawal. The selection of the NRTI associated K70R reverse transcriptase (RT) mutation in three patients can be explained by a previously described pathway of a thymidine analogue mutation resistance development. K70R is one early mutation visible during resistance development in this pathway and can fade after the selection of other resistance mutations. During TI, after losing these additional mutations, an early variant of this resistance pathway seems to dominate. Moreover, a number of ≤ 1 secondary PI resistance mutations or the absence of primary mutations during TI statistically correlated with success of a new treatment. Therefore, the genotype during TI was an adequate predictor of therapy success. Comparing TI related- and therapy naive wt variants of RT with respect to codon usage regarding aa 103 and 219 showed no silent mutations as a predictor for previously detected resistance.Furthermore, the prevalence of transmitted resistance in a collective of 159 therapy naive patients was investigated. Using bulk sequencing, 10.7% NRTI and 3.8% NNRTI resistance associated mutations were detected. In order to verify the prevalence of NNRTI associated K103N RT mutation with an occurrence lower than 20% of the virus population, a minority assay with a sensitivity of ≥0.2% was developed. This mutation was chosen because K103N alone is already sufficient for NNRTI drug failure. In 20% of the patients a minor variant harbouring a K103N was found. Furthermore, a significant higher amount of minorities were detected in patients with a non-B subtype (40.6%) than with a HIV-1 subtype B (15%). Studies showed that the clinical relevance of this mutation, which was detected before treatment, showed a tendency (not significant) of more patients failing NNRTI therapy with than without minority. Clinical studies demonstrated, patients carrying minorities before therapy show the (not significant) tendency not to respond to NNRTI therapy. However, there was no threshold for K103N and subsequent virological failure.

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