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
- 来源:
- 关键词:AffectAntigen PresentationAntigensBenzoxazolesBioinformaticsCD4 Positive T LymphocytesCD8-Positive T-LymphocytesCD8B1 geneCarboxylic AcidsCell SurvivalCell secretionCellsClonal ExpansionClone CellsDimensionsFlow CytometryFrequenciesGenesGenetic TranscriptionGoalsGranzymeHIV-1HeterogeneityImmuneIn VitroIndividualInfectionMachine LearningMalignant NeoplasmsMeasurementPersonsPredispositionProliferatingProteinsRNAResearchResolutionSamplingShapesSpecificityT-Cell ProliferationT-Cell ReceptorT-LymphocyteT-Lymphocyte SubsetsTNF geneTestingTimeTumor Necrosis Factor TherapyUp-RegulationValidationViralViral Cytopathogenic EffectViremiaanalysis pipelineanticancer researchantiretroviral therapycancer cellcohortcytokinecytotoxiccytotoxic CD8 T cellsimmune clearancein vivoinhibitormemory CD4 T lymphocytemultiple omicsperforinpolarized cellpreservationpreventprogramsprotein expressionresponsetherapeutic developmenttherapeutic targettooltranscriptometranscriptome sequencing
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.
项目概要
尽管抗逆转录病毒治疗 (ART) 有效,HIV-1 仍然存在于潜伏病毒库中。
1 感染的细胞会因病毒细胞病变效应或免疫清除而死亡,HIV-1 感染的细胞,甚至是那些具有活性的细胞
HIV-1 的表达能够存活、持续和增殖。我们想要研究 HIV-1 是如何建立感染的。
HIV-1 感染者在病毒血症期间并在病毒抑制下持续存在。
HIV-1感染细胞的亚群、免疫程序和细胞标记将确定治疗靶点。
挑战在于 HIV-1 感染细胞的异质性和稀有性:在接受 ART 治疗、病毒受到抑制的个体中,
只有 1–100/106 (<0.01%) CD4+ T 细胞含有可诱导的 HIV-1 为此,我们对来自 CD4+ T 细胞进行了分析。
使用单细胞 ECCITEseq 捕获单细胞病毒血症期间和病毒抑制后的 Sabes 队列
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。
该方法能够对免疫细胞亚群、免疫细胞进行多维、高分辨率、单细胞分析
同时进行程序、细胞标记、T 细胞克隆扩增和 HIV-1 RNA+ 细胞。
ECCITEseq 使用流式细胞术发现 HIV-1 RNA+ 细胞上调细胞毒性 CD4+ T 细胞基因。
HIV-1 p24 蛋白和颗粒酶 B 表达的测量,我们基于 RNA-seq 的结果得到了验证
基于蛋白质的正交方法,揭示了 HIV-1 通过隐藏在颗粒酶 B+ 细胞毒性效应子中而持续存在
记忆 CD4+ T 细胞 根据病毒血症样本的结果,我们可以检查罕见的 HIV-1 RNA+ 细胞。
随着时间的推移,在抑制性 ART 的作用下,使用单细胞 ECCITEseq,我们发现尽管有抑制性 ART,肿瘤仍然存在。
坏死因子 (TNF) 反应持续存在,此外,抗原和 TNF 反应可驱动 T 细胞增殖。
此外,不同的抗原反应会驱动不同的 T 细胞极化和增殖。
我们认为抗原刺激和 TNF 反应可以影响 T 细胞极化和细胞易感性
HIV-1 感染、细胞存活和受感染细胞增殖,特别是颗粒酶 B 细胞毒性 CD4+
我们的目标是了解为什么 HIV-1 感染的细胞毒性 CD4+ T 细胞能够优先存活、增殖、
并持续存在,而不是其他 T 细胞亚群 实现这一目标将确定驱动免疫程序。
HIV-1 持久性并识别 HIV-1 感染细胞的细胞标记,以实现更具体的治疗目标。
方法是将尖端的单细胞 ECCITEseq 和正交验证相结合来检查 HIV-1 如何
RNA+ 颗粒酶 B+ CTL 通过分析细胞亚群、免疫程序、
体内病毒抑制过程中罕见的 HIV-1 RNA+ 细胞随时间的标记物和增殖动态
总体而言,我们将了解为什么 HIV-1 优先存在于细胞毒性 CD4+ T 细胞中,并识别上游。
免疫驱动因素促进 HIV-1 感染的细胞毒性 CD4+ T 细胞的存活和增殖,并指导
开发针对 HIV-1 感染细胞的治疗策略。
项目成果
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