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Version 2006 Dr Laurent Andréoletti (MCU-PH) Laboratoire de Virologie, CHU Reims et EA-3798 Faculté de Médecine de Reims DIU VIH Année Universitaire 2005-2006.

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1 Version 2006 Dr Laurent Andréoletti (MCU-PH) Laboratoire de Virologie, CHU Reims et EA-3798 Faculté de Médecine de Reims DIU VIH Année Universitaire Virologie Fondamentale et Mécanismes Immunopathologiques de lInfection par les Virus VIH par les Virus VIH

2 Version 2006 LES VIRUS VIH - Structure du VIH & Classification - Cellules cibles et multiplication du virus - Histoire Immunologique de linfection par le VIH - Histoire naturelle de linfection par le VIH - Persistance et évolution du VIH dans les réservoirs cellulaires et anatomiques

3 Version ,48 – 0,76 millions 0,23 – 1,5 millions 24.3 – 28,4 millions 0,92 – 2,1 millions 4,4 – 10,6 millions 0,025 – 0,048 millions 0,54 – 1,6 millions 0,27 – 0,78 millions 1,3 – 2,2 millions 0,56 – 1,8 millions Europe Occidentale et Centrale Afrique subsaharienne Europe orientale & Asie centrale Asie du Sud & du Sud–Est Océanie Amérique du Nord Caraïbes Amérique latine Asie de lEst & Pacifique Afrique du Nord & Moyen–Orient Total : 39,4 millions (35,9-44,3 millions) Estimation fin 2004 Adultes et Enfants vivant avec le VIH/SIDA

4 Version 2006

5 CLASSIFICATION DES RETROVIRUS ONCOVIRUSLENTIVIRUSSPUMAVIRUS EIAV VISNA CaEV VIH-1 VIH-2 SIV FIV EVOLUTION LENTE FeLV MLV HTLV-1 HTLV-2 STLV BLV EVOLUTION RAPIDE RSV MSV

6 Version 2006

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8 ORGANISATION GENETIQUE DU VIH

9 Version 2006 VARIABILITE DU VIH-1 & QUASIESPECES Une mutation aléatoire toutes les bases (une mutation/génome rétrotranscript) Variabilité génétique sans traitement ARV QUASIESPECES = différents variants viraux Variant majoritaire 90% Variants minoritaires 10% Génétique 4 à 25% Transcriptase inverse

10 Version 2006 STRUCTURE DE LA gp 120 DU VIH

11 Version 2006 ARBRE GENEALOGIQUE DES VIRUS VIH

12 Version 2006

13 Lorigine des virus VIH Lentivirus de primates SIVcpz (chimpanze) SIVsmm (Sooty mangabey) SIVagm (Singe vert africain ) VIH-1 (homme) VIH-2 (homme) SIV mac (macaque) SIVbab SIV chacma (babouin jaune) (Babouin chacma) SIV wcm SIV pam G31 (white-crowned (singe Patas) mangabey) passage inter-espèces T Morin et al., Virologie 2002.

14 Version 2006 VARIABILITE DU VIH-1 A O D g H B B B BF C B B B d g h B B A D E F G H C A D B c C B E B E VIH 1C 48%VIH 1A 25%VIH 1B 16%VIH 1E 4% VIH 1D 4%Autres 3%

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17 Recombinaison génétique des virus VIH LTR VIRUS « HETEROZYGOTE » Lc CD4+ LTR Lc CD4+ PROVIRUS RECOMBINANT T Morin et al., Virologie 2002.

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20 CORECEPTEURS D ENTREE DU VIH & TROPISME CELLULAIRE DEUX GRANDS TYPES DE CORECEPTEURS: CCR5 = Corécepteur des souches VIH M-tropiques (souches NSI)/ Phase asymtomatique / Ligands naturels= RANTES, MIP CXCR4 = Corécepteur des souches VIH T-tropiques (souches SI) / Phase symptomatique/ Ligand naturel= SDF-1

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25 Methods used to determine in vitro HIV-1 fitness. A) Viral growth kinetics assays correspond to quantification of virus production at various time points using suitable detection methods (e.g., p24 antigen or RT activity). (B) Growth competition experiments involve dual infection with two different HIV-1 isolates (initial proportion may vary). Production and quantification of each specific HIV-1 in the mixture can be determined using different methods (Table 1). (C) Single-cycle infection assays. The number of cells infected after a single cycle of replication can be measured using various indicator systems (Table 1). Clavel F, Race E, Mammano F. HIV drug resistance and viral fitness.Adv Pharmacol 2000;49: In vitro HIV-1 fitness Dynamics of target cell infection and pathogenicity Drug Resistance HIV mutants and therapeutic strategies

26 Version 2006 Figure 1. Summary of HIV-1 fitness studies classified according to the method used to estimate viral replication capacity. Table 1. Methods used to estimate HIV-1 fitness AIDS Rev 2001; 3: Miguel E. Quiñones-Mateu, Jan Weber, Hector R. Rangel, and Bikram Chakraborty Methods used to estimate HIV-1 fitness

27 Version 2006 Phenotype evaluation for drug resistance HIV mutants PATIENT PLASMA (> 200 µl) total RNAcDNA PR/RT GENES (amplicon) Viral PR/RT gene isolation extraction RT PCR Creation of Deleted Proviral Clone WT reference virus PRO RT Delete PRO & RT genes Deleted Proviral Clone Gene Transfer (Electroporation) CD4+ T- cells (MT4) Infectious RECOMBINANT virus Susceptibility Assay ANTIVIROGRAM Replication capacity = FITNESS Cell culture systems

28 Version 2006 LES VIRUS VIH - Histoire immunologique de linfection par le VIH

29 Version 2006 Evolution des marqueurs virologiques & immunologiques au cours de linfection naturelle par le VIH

30 Version 2006 Phase initiale Primo-infection-séroconversion: Virémie plasmatique Phase secondaire - Réponse humorale (Ac ) Réponse immune - Réponse immune cellulaire (CTL) et latence clinique- Latence clinique - Réplication virale chronique Infection persistante - Virémie plasmatique basse - Souches NSI - Profil cytokines Th1 Phase terminale - Virémie plasmatique Déficit immunitaire - Destruction architecture ganglionnaire profond-SIDA - Infections opportunistes - Affections néoplasiques - Souches SI - Profils cytokines Th1 Histoire naturelle immunologique de l infection à VIH

31 Version 2006

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33 Mécanismes du déficit quantitatif et qualitatif des lymphocytes CD4+

34 Version 2006 Mécanisme d Apoptose et infection par le VIH

35 Version 2006 Echappement du VIH à la surveillance immunologique L Letvin & D Walker: Nature Medicine, Réponse humorale: Ac neutralisantsRéponse cellulaire :Lc T CD8+ Nouveaux virus Pression immunologique

36 Version 2006 Infection par le VIH & défaillance de la réponse immune L Letvin & D Walker: Nature Medicine, 2003.

37 Version 2006 Restauration immune au cours sous l effet d un traitement Antirétroviral

38 Version 2006

39 LES VIRUS VIH - Histoire naturelle de linfection par le VIH

40 Version 2006 Evolution de la charge virale au cours de l infection naturelle par le VIH-1 CCR5R5/X4CXCR4

41 Version 2006

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46 Early levels of HIV-1 DNA in peripheral blood mononuclear cells are predictive of disease progression independently of HIV-1 RNA levels and CD4+ T cell counts. HIV DNA levels in PBMCs Rouzioux C. et al., JID 2005 HIV DNA level was highly correlated with HIV RNA level (r=0.69; P <.0001) and with CD4+ Tcell count (r=0.40; P <.0001)

47 Version 2006 Early levels of HIV-1 DNA in peripheral blood mononuclear cells are predictive of disease progression independently of HIV-1 RNA levels and CD4+ T cell counts. HIV DNA levels are predictive of AIDS progression Rouzioux C. et al., JID 2005 HIV DNA levels in PBMCs HIV DNA levels CD4+ cell countHIV RNA levels

48 Version 2006 Histoire naturelle: Evolution de charge virale et des taux de TCD4+ au cours des différents schémas de progression vers le stade SIDA Ag p 24 3 mois10 ans Symptômes Progresseurs rapides Progresseurs intermédiaires Non progresseurs à long terme ARNémie VIH (Copies/ml) T CD4+ (/mm3) Contage 600 Holterman L et al., AIDS Review,2000;2:155-7 Progresseurs rapides Intermédiaires Non progresseurs à long terme Contage

49 Version 2006 Interractions Hôte-VIH et progression de linfection dans une population donnée Progresseur rapideIntermédiaireNon progresseur Hôte 100% Population infectée Sensibilité Progression Résistance Virus.Virulence.Fitness.Phenotype/Tropisme.Switch X4/R5 Polyporphisme génétique:. CMH classe I. Co-récepteurs X4/R5 (delta 32, Allèle CCR5 P1). Chimiokines : alpha Défensines

50 Version 2006 Co-infection par deux virus VIH Co-infection : infection par plusieurs virus au moment de la primo-infection ou dans le premier mois qui suit (phase de pré- séroconversion). –Cohorte suisse (toxicomanes IV) 3/158 co-infections : les 2 virus persistent dans le plasma pendant toute la durée du suivi (L Perrin, abst 63/IAS 2003 abst 73) Transmission par voie IV Transmission sexuelle Recombinaison???

51 Version 2006 –Super-infection : Infection par un deuxième virus VIH (sous-type différent ) présentant des capacités de réplication supérieures par rapport à la deuxième souche. Voie sexuelle (Ramos et al., J Virol, 2002) Voie parentérale IV ( Jost et al., NEJM, 2002) Super-infection VIH VIH-1 (AE) Phase 1 Phase 2Phase 3 VIH-1 (B)

52 Version 2006 Réservoir lymphoïde de virus VIH Pope M & Haase AT : Nature Medicine, 2003.

53 Version 2006 LES VIRUS VIH - Persistance et évolution du VIH dans les réservoirs cellulaires et anatomiques

54 Version 2006 Réservoirs des virus VIH La Dynamique de linfection virale. LÉmergence de populations virales résistantes aux ARV. La Biologie de la transmission par voie sexuelle des souches virales Les sécrétions génitales sont à lorigine de plus de 95 % des nouveaux cas dinfection par les virus VIH dans le monde (Chuachoowong et al., JID 2000)

55 Version 2006 Definition Anatomic Cellular Reservoirs Sanctuaries

56 Version 2006 u Viral compartmentalization: Physiopathological mechanism that occurs during RNA virus infection Physiopathological mechanism that occurs during RNA virus infection Anatomic or Cellular site Microenvironment with selective pressures (local or systemic factors) different from that of systemic compartment (viral sanctuary) Definition Main source of viral production or persistence (viral reservoir) Anatomically distinct quasispecies Wong et al, J Virol 1997; 71:

57 Version 2006 u Mechanisms of cellular resistance to ART are only partially understood –P-gp: involved at the cellular level but also at the body compartment level –MRP Cellular reservoirs & sanctuaries D. Back, 8 th Retroviruses Conf 2001

58 Version 2006 Enterocytes Liver CNS D. Back, 8 th Retroviruses Conf 2001 P-gp Cellular reservoirs & sanctuaries

59 Version 2006 u Nature of residual cellular HIV RNA during HAART –New cycles of infection –Virus release from previously infected cells R. Siliciano, 8 th Retroviruses Conf 2001 Cellular reservoirs & sanctuaries

60 Version 2006 Central Nervous System Wong et al, J Virol 1997; 71:

61 Version 2006 u Remains the major site of residual HIV-1 RNA during effective HAART –28 patients treated for < 2.5 years with ZDV, 3TC, IDV analysed simultaneously in different sanctuaries: HIV-1 RNA undetectable in 13/13 CSF samples HIV-1 RNA undetectable in 13/13 CSF samples Always detectable in LN with sequences similar to the ancestral plasma virus Always detectable in LN with sequences similar to the ancestral plasma virus Lymphoid tissue Günthard et al, JID 2001; 183:

62 Version 2006 HIV-1 replication the female genital tract Stage of HIV-1 infection Stage of HIV-1 infection CD4 + T cells count CD4 + T cells count Pregnancy Pregnancy Oral contraceptive Oral contraceptive Antiretroviral drugs (ARV) Antiretroviral drugs (ARV) Cervical ectopy Cervical ectopy Cervicitis Cervicitis STDs STDs Genital herpes Genital herpes Kinetic of HIV- 1 replication HIV-1 RNA load HIV-1 RNA load Female genital tract Systemiccofactors Local cofactors

63 Version 2006 Treatment naive (n=12) Monotherapy (n=12) Bitherapy (n=12) HAART (n=18) HIV-1 RNA Plasma Plasma HIV-1 RNA HIV-1 DNA Vaginal lavage Prevalence (%) HIV-1 DNA & RNA detection by RT-PCR in pol

64 Version 2006 HIV-1 HIV-1replication Local cofactors Compartmentalization of HIV-1 in female genital tract Compartmentalization of HIV-1 in female genital tract Female genital tract HIV-specific immune responses + – HIV-1 variants with potential mutations in pol Plasma ARV ARV – HIV-1 load – HIV-1replication V3/gp120 genetic analyses Distinctgenotypes,andphenotypes

65 Version 2006 Réservoir séminal de virus Titres de virus infectieux dans le leucocytes du plasma séminal Titres de virus infectieux dans le plasma sanguin (Kiessling et al., AIDS Res Hum Retroviruses 1998 ; 14 : S33-41). CV ARN VIH du plasma séminal nest pas corrélée à celle du de lARN plasmatique (étude réalisée sur 128 patients ; r=0,28) (Coombs et al., JID 1998 ; 177 : ) Présence de variants génétiques de la boucle V3 dans le sperme différent de ceux du sang (Delwart et al., J Virol 1998 ; 78 : ). Mise en évidence de patients présentant des niveaux dARN VIH > CV ARN VIH dans le sang (Tachet et al., AIDS 1999 ; 13 : ). Notion de patients « fort excréteurs »

66 Version 2006 Emergence de mutations de résistance dans le compartiment seminal Eron et al, AIDS 1998; 12: F181-9 Kiessling et al, AIDS Res Human Retroviruses 1998; 14: S33

67 Version 2006 Mutations de résistance aux ARV dans le compartiment séminal Echecs thérapeutiques (Taylor et al. AIDS, 1999) Risque important de transmission sexuelle, homme –femme ou homme –homme, de souches VIH multi-résistantes aux ARV (Choudhury et al., 2002 ; Little et al., 2002). Fréquence de détection des mutations de résistance chez des sujets récemment infectés et naïfs de tout traitement ; + 12,4 % aux USA entre 1999 & 2000 ( Little et al., NEJM 2002) 9 à 11 % des souches de primo-infection en France présentent une ou des mutations de résistance aux ARV ( Chaix et al., Abst.164, IAS 2003) Nouvelles stratégies thérapeutiques capables de limiter lapparition de mutations de résistance aux ARV???

68 Version 2006 Conclusions & perspectives HIV-1 reservoirs & sanctuaries, still the hidden part of the iceberg in HIV-1 infection management


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