Higher intrahost evolutionary rates of HIV-1 subtype A3 and CRF02_AG is associated with faster disease progression - A STUDY OF THE INTRAHOST HIV-1 EVOLUTION IN A TREATMENT-NAÏVE COHORT FROM GUINEA-BISSAU
(2025) BINP52 20241Degree Projects in Bioinformatics
- Abstract
- Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) rapidly evolves during disease progression. This study aimed to explore the intrahost diversity, evolutionary rate, molecular properties, and co-receptor tropism of HIV-1 in relation to disease progression in an occupational cohort of police officers from Guinea-Bissau, where the HIV-1 circulating recombinant form CRF02_AG predominated. The study participants were all treatment-naïve during follow-up and stratified into faster and slower progressors based on the CD4% decline rates and CD4% levels. From aligned sequences of the V1-V3 region of the HIV-1 envelope protein, the diversity was calculated from maximum likelihood phylogenetic trees, and evolutionary rates were estimated using Bayesian... (More)
- Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) rapidly evolves during disease progression. This study aimed to explore the intrahost diversity, evolutionary rate, molecular properties, and co-receptor tropism of HIV-1 in relation to disease progression in an occupational cohort of police officers from Guinea-Bissau, where the HIV-1 circulating recombinant form CRF02_AG predominated. The study participants were all treatment-naïve during follow-up and stratified into faster and slower progressors based on the CD4% decline rates and CD4% levels. From aligned sequences of the V1-V3 region of the HIV-1 envelope protein, the diversity was calculated from maximum likelihood phylogenetic trees, and evolutionary rates were estimated using Bayesian phylogenetics. Differences in evolutionary rates were assessed between progressor groups, HIV-1 subtypes, and envelope regions. The selective pressures were estimated before and after acquired immunodeficiency syndrome (AIDS), and for each site. The molecular properties, including positive charge, negative charge, and potential N-linked glycosylation sites were counted from the sequences. Co-receptor tropism was determined using a combined approach with Geno2Pheno[coreceptor] and a previously published genotypic rule. The diversity increased over time but was not different between the assessed groups. Faster progressors based on the CD4% decline rate evolved at higher rates compared to slower progressors, particularly in the V1-V2 region. While no differences in selective pressures were detected before and after AIDS, three sites were associated with selection in faster progressors. Although the number of potential N-linked glycosylation sites decreased over time, there were no differences between groups. Lastly, the co-receptor tropism was not associated with disease progression. These findings warrant further exploration of the underlying mechanisms, which may provide important insights for therapeutic interventions and vaccines. Moreover, these results expand the existing knowledge of intrahost evolution of HIV-1, particularly in less studied subtypes like CRF02_AG. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Snabb evolution av hiv-1 drivs av en kapprustning mellan viruset och immunförsvaret
Humant immunbristvirus typ 1 (hiv-1) är ett virus som infekterar de celler vars primära uppgift är att aktivera andra immunceller. Hiv-1 etablerar sig i arvsmassan inuti de infekterade cellerna, vilket innebär att immunförsvaret inte helt kan komma åt det och infektionen blir därför livslång. När de infekterade cellerna dör leder förlusten av immunceller till utvecklingen av förvärvat immunbristsyndrom (aids), ett tillstånd som framför allt kännetecknas av återkommande infektioner. Under tiden mellan infektionstillfället och utvecklingen av aids pågår en ständig kapprustning mellan det ännu fungerande immunförsvaret och viruset, som genom att mutera... (More) - Snabb evolution av hiv-1 drivs av en kapprustning mellan viruset och immunförsvaret
Humant immunbristvirus typ 1 (hiv-1) är ett virus som infekterar de celler vars primära uppgift är att aktivera andra immunceller. Hiv-1 etablerar sig i arvsmassan inuti de infekterade cellerna, vilket innebär att immunförsvaret inte helt kan komma åt det och infektionen blir därför livslång. När de infekterade cellerna dör leder förlusten av immunceller till utvecklingen av förvärvat immunbristsyndrom (aids), ett tillstånd som framför allt kännetecknas av återkommande infektioner. Under tiden mellan infektionstillfället och utvecklingen av aids pågår en ständig kapprustning mellan det ännu fungerande immunförsvaret och viruset, som genom att mutera bildar nya varianter med viss resistens mot immunförsvaret. Dessa evolutionära processer sker oerhört fort. Bland annat har hastigheten av evolutionen, samt utformningen av virusets yttre partiklar, de som framför allt interagerar med immunförsvaret, tidigare kopplats till sjukdomsförloppet. Dessutom har virusets snabba evolution lett till att varianter av hiv-1 förekommer mer eller mindre frekvent i olika delar av världen, där de varianter som är vanligast i Nordamerika, Europa, och sydöstra Afrika historiskt sett studerats mest.
I och med den bristande förståelsen kring evolutionen av de varianter av hiv-1 som primärt finns i västra Afrika, utforskades i denna studie virusens evolutionära mönster över tid i en grupp av poliser från Guinea-Bissau, där alla var infekterade med hiv-1. Bland annat undersöktes hur många olika varianter av viruset som fanns, de yttre partiklarnas egenskaper, och vilka immunceller de primärt infekterade vid varje tidpunkt, samt den övergripande evolutionära hastigheten. För att vidare utreda om dessa påverkar sjukdomsförloppet studerades skillnaderna i evolutionen mellan de som utvecklade aids snabbare, respektive långsammare.
Långsam evolution och få sockermolekyler kopplat till långsammare utveckling av AIDS
I den studerade gruppen av västafrikanska poliser fanns det en tydlig skillnad i hur snabbt viruset utvecklades. Viruset utvecklades nästan 50 % snabbare bland de poliser med snabbt sjukdomsförlopp, jämfört med de som utvecklade aids långsammare. På vissa ställen på virusets yttre partiklar finns sockermolekyler, vilket kan påverka hur väl immunförsvaret kan upptäcka viruset. De med långsammare sjukdomsförlopp minskade antalet sådana positioner över tid, något som inte observerades i den snabbare gruppen. Dessutom, skiljde sig evolutionen mellan grupperna på tre olika ställen av de yttre partiklarna, ställen som alla på ett eller annat sätt verkar involverade i interaktionerna med immunförsvarets celler och antikroppar.
Dessa upptäckter utökar framför allt vår förståelse av de mekanismer och mönster som bidrar till evolutionen av hiv-1 inom infekterade personer, specifikt för den variant av hiv-1 som främst förekommer i västra Afrika. Att högre evolutionshastighet är kopplat till snabbare sjukdomsförlopp beror sannolikt på en ökad uppkomst av nya varianter som är resistenta mot immunförsvaret, eller som kan infektera fler celler. Gällande de specifika positionernas betydelse för sjukdomsförloppet krävs mer forskning för att kartlägga om och hur de interagerar med immunförsvaret. Framtida forskning kring detta kan öka förståelsen av skillnaderna mellan de olika varianterna av hiv-1, samt bidra med viktig kunskap för fortsatt utveckling av vaccin och bromsmedicin.
Masterexamensprojekt i Bioinformatik 60 hp 2024/25
Biologiska institutionen, Lunds universitet
Handledare: Joakim Esbjörnsson och Jamirah Nazziwa
Handledarens institution: Institutionen för translationell medicin, Medicinska Fakulteten, LU (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9184980
- author
- Lindquist, Lovisa
- supervisor
- organization
- course
- BINP52 20241
- year
- 2025
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- language
- English
- id
- 9184980
- date added to LUP
- 2025-02-12 13:49:15
- date last changed
- 2025-02-12 13:49:15
@misc{9184980,
abstract = {{Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) rapidly evolves during disease progression. This study aimed to explore the intrahost diversity, evolutionary rate, molecular properties, and co-receptor tropism of HIV-1 in relation to disease progression in an occupational cohort of police officers from Guinea-Bissau, where the HIV-1 circulating recombinant form CRF02_AG predominated. The study participants were all treatment-naïve during follow-up and stratified into faster and slower progressors based on the CD4% decline rates and CD4% levels. From aligned sequences of the V1-V3 region of the HIV-1 envelope protein, the diversity was calculated from maximum likelihood phylogenetic trees, and evolutionary rates were estimated using Bayesian phylogenetics. Differences in evolutionary rates were assessed between progressor groups, HIV-1 subtypes, and envelope regions. The selective pressures were estimated before and after acquired immunodeficiency syndrome (AIDS), and for each site. The molecular properties, including positive charge, negative charge, and potential N-linked glycosylation sites were counted from the sequences. Co-receptor tropism was determined using a combined approach with Geno2Pheno[coreceptor] and a previously published genotypic rule. The diversity increased over time but was not different between the assessed groups. Faster progressors based on the CD4% decline rate evolved at higher rates compared to slower progressors, particularly in the V1-V2 region. While no differences in selective pressures were detected before and after AIDS, three sites were associated with selection in faster progressors. Although the number of potential N-linked glycosylation sites decreased over time, there were no differences between groups. Lastly, the co-receptor tropism was not associated with disease progression. These findings warrant further exploration of the underlying mechanisms, which may provide important insights for therapeutic interventions and vaccines. Moreover, these results expand the existing knowledge of intrahost evolution of HIV-1, particularly in less studied subtypes like CRF02_AG.}},
author = {{Lindquist, Lovisa}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Higher intrahost evolutionary rates of HIV-1 subtype A3 and CRF02_AG is associated with faster disease progression - A STUDY OF THE INTRAHOST HIV-1 EVOLUTION IN A TREATMENT-NAÏVE COHORT FROM GUINEA-BISSAU}},
year = {{2025}},
}