Understanding HIV-1 persistence in cytotoxic CD4+ T lymphocytes at the single cell level

在单细胞水平上了解 HIV-1 在细胞毒性 CD4 T 淋巴细胞中的持久性

基本信息

  • 批准号:
    10700380
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 85.69万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-05-11 至 2027-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Despite effective antiretroviral therapy (ART), HIV-1 persists in the latent reservoir lifelong. Although most HIV- 1-infected cells die of viral cytopathic effects or immune clearance, HIV-1-infected cells, even those having active HIV-1 expression, can survive, persist, and proliferate. We want to examine how HIV-1 establishes infection during viremia and persists under viral suppression in people living with HIV-1. Understanding the immune cell subsets, immune programs, and cell markers of HIV-1-infected cells will identify therapeutic targets. The challenge is the heterogeneity and rarity of HIV-1-infected cells: in ART-treated, virally suppressed individuals, only 1–100/106 (<0.01%) CD4+ T cells harbor inducible HIV-1. To this end, we profiled CD4+ T cells from the Sabes cohort during viremia and after viral suppression using single-cell ECCITEseq, which captures single-cell transcriptome, protein expression, HIV-1 RNA, and T cell receptor sequence (TCR) within the same single cell. We have established advanced single-cell bioinformatic analysis pipelines and machine learning tools. This approach enables multi-dimensional, high-resolution, single-cell profiling of immune cell subsets, immune programs, cell markers, T cell clonal expansion, and HIV-1 RNA+ cells at the same time. Our single-cell ECCITEseq found that HIV-1 RNA+ cells upregulated cytotoxic CD4+ T cell genes. Using flow cytometric measurement of HIV-1 p24 protein and granzyme B expression, our RNA-seq based results were validated by a protein-based orthogonal approach, revealing that HIV-1 persists by hiding in granzyme B+ cytotoxic effector memory CD4+ T cells. Based on our results from viremic samples, we can examine the rare HIV-1 RNA+ cells under suppressive ART over time. Using single-cell ECCITEseq, we found that despite suppressive ART, tumor necrosis factor (TNF) responses persist. Furthermore, antigen and TNF responses drive the proliferation of T cell clones. In addition, different antigen responses drive distinct T cell polarization and proliferation. Altogether, we hypothesize that antigen stimulation and TNF responses can shape T cell polarization, cellular susceptibility to HIV-1 infection, cellular survival, and proliferation of the infected cells, particularly granzyme B cytotoxic CD4+ T cells. Our goal is to understand why HIV-1-infected cytotoxic CD4+ T cells can preferentially survive, proliferate, and persist, as opposed to other T cell subsets. Achieving this goal will identify immune programs that drive HIV-1 persistence and identify cell markers for HIV-1-infected cells for more specific therapeutic targeting. Our approach is to combine cutting-edge single-cell ECCITEseq and orthogonal validations to examine how HIV-1 RNA+ granzyme B+ CTLs survive and persist under viral suppression by profiling cell subsets, immune program, markers, and proliferation dynamics for the rare HIV-1 RNA+ cells over time during viral suppression in vivo and in vitro. Overall, we will understand why HIV-1 preferentially persists in cytotoxic CD4+ T cells, identify upstream immune drivers promoting the survival and proliferation of the HIV-1-infected cytotoxic CD4+ T cells, and guide the development of therapeutic strategies specific for HIV-1-infected cells.
项目摘要 尽管有效的抗逆转录病毒疗法(ART),HI​​V-1仍然存在于潜在储层终生中。虽然大多数艾滋病毒 - 1感染的细胞死于病毒细胞病毒作用或免疫化的HIV-1感染细胞,甚至具有活性的细胞 HIV-1表达,可以生存,持久和增殖。我们想检查HIV-1如何建立感染 HIV-1患者在病毒血症和持续抑制病毒抑制下。了解免疫细胞 HIV-1感染细胞的子集,免疫程序和细胞标记将识别治疗靶标。这 挑战是HIV-1感染细胞的异质性和稀有性:在经过艺术治疗的,几乎被抑制的个体中, 仅1-100/106(<0.01%)CD4+ T细胞具有诱导HIV-1。为此,我们从 病毒血症期间和使用单细胞ECITESEQ在病毒抑制期间的SABES队列,可捕获单细胞 同一单细胞内的转录组,蛋白质表达,HIV-1 RNA和T细胞受体序列(TCR)。 我们已经建立了先进的单细胞生物信息学分析管道和机器学习工具。这 进近可以实现免疫球体的多维,高分辨率,单细胞分析,免疫集 程序,细胞标记,T细胞克隆膨胀和HIV-1 RNA+细胞同时。我们的单细胞 Ecciteseq发现HIV-1 RNA+细胞更新了细胞毒性CD4+ T细胞基因。使用流式细胞仪 HIV-1 p24蛋白和颗粒酶B表达的测量,我们的基于RNA-seq的结果通过 一种基于蛋白质的正交方法,揭示了HIV-1通过隐藏颗粒+细胞毒性效应子来持续存在 内存CD4+ T细胞。根据我们的病毒样品结果,我们可以检查稀有的HIV-1 RNA+细胞 随着时间的推移,在抑制艺术下。使用单细胞Ecciteseq,我们发现目的地抑制作用,肿瘤 坏死因子(TNF)反应持续存在。此外,抗原和TNF反应推动了T的增殖 细胞克隆。另外,不同的抗原反应驱动不同的T细胞极化和增殖。共, 我们假设抗原刺激和TNF反应可以塑造T细胞极化,细胞敏感性 感染HIV-1感染,细胞存活和感染细胞的增殖,特别是颗粒状B细胞毒性CD4+ T细胞。我们的目标是了解为什么HIV-1感染的细胞毒性CD4+ T细胞可以优先生存,增殖, 并且坚持不懈,而不是其他T细胞子集。实现这一目标将确定驱动驱动的免疫计划 HIV-1持久性并鉴定HIV-1感染细胞的细胞标记,以进行更具体的治疗靶向。我们的 方法是结合尖端的单细胞eciteseq和正交验证,以检查HIV-1如何 RNA+ GRANZYME B+ CTL通过分析细胞亚群,免疫程序,在病毒抑制下持续存在并持续存在 在体内病毒抑制期间,稀有HIV-1 RNA+细胞的标记和增殖动力学在体内和 体外。总体而言,我们将了解为什么HIV-1优先在细胞毒性CD4+ T细胞中持续存在,识别上游 免疫驱动因素促进HIV-1感染的细胞毒性CD4+ T细胞的生存和增殖,并引导 针对HIV-1感染细胞的理论策略的发展。

项目成果

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