Immune characterization of a Colombian family cluster with SARS-CoV-2 infection / Caracterización inmunológica de un grupo familiar colombiano con infección por SARS-CoV-2

Abstract | Introduction: Immunological markers have been described during COVID-19 and persist after recovery. These immune markers are associated with clinical features among SARS- CoV-2 infected individuals. Nevertheless, studies reporting a comprehensive analysis of the immune changes occurring during SARS-CoV-2 infection are still limited. Objective: To evaluate the production of proinflammatory cytokines, the antibody response, and the phenotype and function of NK cells and T cells in a Colombian family cluster with SARS-CoV-2 infection. Materials and methods: Proinflammatory cytokines were evaluated by RT-PCR and ELISA. The frequency, phenotype, and function of NK cells (cocultures with K562 cells) and T-cells (stimulated with spike/RdRp peptides) were assessed by flow cytometry. Anti-SARS-CoV-2 antibodies were determined using indirect immunofluorescence and plaque reduction neutralization assay. Results: During COVID-19, we observed a high proinflammatory-cytokine production and a reduced CD56bright-NK cell and cytotoxic response. Compared with healthy controls, infected individuals had a higher frequency of dysfunctional CD8+ T cells CD38+HLA-DR-. During the acute phase, CD8+ T cells stimulated with viral peptides exhibited a monofunctional response characterized by high IL-10 production. However, during recovery, we observed a bifunctional response characterized by the co-expression of CD107a and granzyme B or perforin. Conclusion: Although the proinflammatory response is a hallmark of SARS-CoV-2 infection, other phenotypic and functional alterations in NK cells and CD8+ T cells could be associated with the outcome of COVID-19. However, additional studies are required to understand these alterations and to guide future immunotherapy strategies.

Resumen | Introducción. Se han descrito diferentes marcadores inmunológicos durante la COVID-19, los cuales persisten incluso después de la convalecencia y se asocian con los estadios clínicos de la infección. Sin embargo, aún son pocos los estudios orientados al análisis exhaustivo de las alteraciones del sistema inmunológico en el curso de la infección. Objetivo. Evaluar la producción de citocinas proinflamatorias, la reacción de anticuerpos, y el fenotipo y la función de las células NK y los linfocitos T en una familia colombiana con infección por SARS-CoV-2. Materiales y métodos. Se evaluaron las citocinas proinflamatorias mediante RT-PCR y ELISA; la frecuencia, el fenotipo y la función de las células NK (en cocultivos con células K562) y linfocitos T CD8+ (estimulados con péptidos spike/RdRp) mediante citometría de flujo, y los anticuerpos anti-SARS-CoV-2, mediante inmunofluorescencia indirecta y prueba de neutralización por reducción de placa. Resultados. Durante la COVID-19 hubo una producción elevada de citocinas proinflamatorias, con disminución de las células NK CD56 bright y reacción citotóxica. Comparados con los controles sanos, los individuos infectados presentaron con gran frecuencia linfocitos T CD8+ disfuncionales CD38+HLA-DR-. Además, en los linfocitos T CD8+ estimulados con péptidos virales, predominó una reacción monofuncional con gran producción de IL-10 durante la fase aguda y una reacción bifuncional caracterizada por la coexpresión de CD107a y granzima B o perforina durante la convalecencia. Conclusión. Aunque la reacción inflamatoria caracteriza la infección por SARS-CoV-2, hay otras alteraciones fenotípicas y funcionales en células NK y linfocitos T CD8+ que podrían asociarse con la progresión de la infección. Se requieren estudios adicionales para entender estas alteraciones y guiar futuras estrategias de inmunoterapia.

Identificación de mutaciones asociadas con resistencia a inhibidores de la transferencia de cadena de integrasa en pacientes VIH-1 positivos naive para tratamiento antirretroviral en Medellín, Colombia / Identification of mutations associated with resistance to Integrase Strand Transfer Inhibitors (INSTI) in ART-naïve HIV- 1 patients in Medellin, Colombia

Objetivo: Estimar las frecuencias de mutaciones y de polimorfismos adicionales asociados con resistencia a los fármacos inhibidores de la integrasa del virus de inmunodeficiencia humana tipo 1 (VIH-1). Metodología: Estudio descriptivo, de corte transversal, en individuos VIH-1 positivos de la ciudad de Medellín, quienes no habían recibido tratamiento antirretroviral. En ellos se determinó, a través del método de 2-dideoxinucleótidos y el sistema ABI3730XL, la secuencia del gen de la integrasa del VIH-1 a partir del ARN viral circulante, la cual fue analizada en la base de datos de resistencia a medicamentos antirretrovirales de la Universidad de Stanford y según reportes de literatura científica. Resultados: Se encontraron las siguientes mutaciones (con sus respectivas frecuencias): una mutación mayor, E138K (1/46), tres mutaciones accesorias G163E (3/46), L74I (3/50) y E157Q (2/48), una mutación no polimórfica A128T (1/49) y otras dos mutaciones potencialmente asociadas con resistencia a inhibidores de integrasa S230N (9/39) y S119P/R/T (4/47, 2/47 y 14/47, respectivamente). Conclusiones: En las secuencias analizadas, llama la atención la presencia de al menos una mutación asociada a resistencia a inhibidores de integrasa en el 14% de los individuos estudiados, sugiriendo una pobre presión selectiva de este tipo de fármacos en la población viral circulante en la zona.

Aim: To estimate the frequencies of major and accessory mutations, as well as additional polymorphisms associated with resistance to human immunodeficiency virus type 1 (VIH-1) integrase strand transfer inhibitors. Materials and methods: Descriptive cross-sectional study, focused on HIV-1 positive individuals from Medellín, recruited between 2013 and 2015, and that had not received antiretroviral therapy. In these patients, the sequence from HIV-1 integrase was determined from circulating viral RNA through Sanger chain termination method with the ABI3730XL system, and the sequences were analyzed using the HIV Drug Resistance Database from the University of Stanford, together with previous literature reports. Results: The following mutations associated with resistance to integrase strand transfer inhibitors, along with its respective frequencies, were found: one major mutation, E138K (1/46), three accessory mutations, G163E (3/46), L74I (3/50) and E157Q (2/48); one non-polymorphic mutation, A128T (1/49); and two mutations potentially associated with resistance to integrase strand transfer inhibitors, S230N (9/39) and S119P/R/T (4/47, 2/47 and 14/47, respectively). Conclusions: In the sequences analyzed, it is noteworthy the presence of at least one mutation related with resistance to integrase inhibitors in 14% of the studied patients, suggesting a poor selective pressure of this kind of drugs in the circulating viral population in our region.

Mecanismos de resistencia natural al VIH en seres humanos: un resumen de 10 años de investigación en población colombiana: [revisión] / Mechanisms of human natural resistance to HIV: a summary of ten years of research in the Colombian population: [review]

La historia natural de la infección por el virus de la inmunodeficiencia humana de tipo 1 (VIH-1) es un proceso variable y complejo que, en forma similar a otras infecciones, ha hecho evidente la existencia de mecanismos de resistencia natural que pueden inhibir el establecimiento de la infección o su progresión hacia estadios avanzados. Cuando hay una exposición continua a partículas virales infecciosas, varios mecanismos genéticos e inmunitarios son esenciales para que se establezca la resistencia. El objetivo de este manuscrito fue revisar todos los mecanismos de resistencia al VIH-1, hasta el momento propuestos en seres humanos, y presentar los resultados más importantes que se han obtenido en diferentes estudios realizados en los últimos 10 años de investigación en esta área, en individuos colombianos, particularmente enfocados en determinar los mecanismos involucrados en la protección de un grupo de personas que se han expuesto repetidamente al virus, pero que han permanecido sin evidencia clínica ni serológica de infección por el VIH-1. Aunque los estudios llevados a cabo por nuestro grupo de investigación han corroborado el papel protector de algunos de los mecanismos de protección previamente propuestos, la investigación actual en esta área, a nivel mundial, ha hecho evidente que el fenómeno de resistencia natural depende de múltiples factores con una gran influencia genética, y que sólo mediante estudios multicéntricos que involucren individuos con diferente componente genético, podrán establecerse los mecanismos universales de protección. Profundizar en el conocimiento en esta área permitirá el desarrollo de nuevas medidas preventivas y terapéuticas para la infección por el VIH-1.

The natural history of human immunodeficiency virus type-1 (HIV-1) infection is a complex and variable process that, similarly to other infections, has clearly demonstrated the existence of mechanisms of human natural resistance. The resistance either inhibits the establishment of infection or delays disease progression. When there is continuous exposure to infectious viral particles, several genetic and immunological mechanisms are essential to lead to resistance to HIV-1 infection/progression. The objective of this manuscript was to review the different mechanisms so far proposed to be responsible for HIV-1 resistance and to present the main results derived from 10 years of research in this area among Colombian subjects. In particular, this review focuses on determining the mechanisms involved in the protection of a group of individuals repeatedly exposed to the virus but who remained exempt of serological and clinical evidence of HIV-1 infection. Although the studies carried out in our research group corroborated the protective role of some of the previously proposed mechanisms of protection, ongoing research worldwide has made it clear that the phenomenon of human natural resistance depends on multiple factors with an important genetic influence, and only multicenter studies involving individuals with different genetic backgrounds may determine more universal mechanisms of resistance. Increasing our knowledge in this field will contribute to the development of novel preventive and therapeutic measures.

Células T reguladoras naturales durante la infección por el VIH: el tejido linfoide como blanco primario de la replicación viral / Natural regulatory T cells during HIV infection: lymphoid tissue as the primary target of viral replication

La infección por el VIH se asocia con una inmunodeficiencia secundaria grave que lleva a la aparición de infecciones oportunistas y procesos oncogénicos. En el curso de esta infección se observan comúnmente alteraciones de la inmunidad mediada por células T y células presentadoras de antígeno; en la actualidad se considera que ciertas poblaciones celulares con propiedades inmunorreguladoras son en parte responsables de estas alteraciones. De hecho, en los principales sitios de replicación viral, como los órganos linfoides y el tejido linfoide asociado a la mucosa gastrointestinal, se han observado alteraciones funcionales y cuantitativas en la subpoblación de células T reguladoras (Treg). Aunque se desconoce el papel de estas células en la patogénesis de la infección por el VIH, los estudios sugieren que podría ser dual: 1) proteger del daño tisular y de la eliminación de células T CD4+ causados por la hiperactivación inmunológica; 2) contribuir a la patogénesis de esta infección viral. La acumulación de células Treg funcionales afecta el desarrollo de respuestas inmunes específicas que permiten la eliminación del patógeno, facilitando de esta manera su permanencia en los tejidos. En esta revisión se presenta la evidencia científica disponible sobre el efecto de las células Treg en la patogénesis de la infección por el VIH.

HIV infection is associated with a severe secondary immunodeficiency leading to opportunistic infections and malignancies. Alterations of the cellular immunity mediated by T cells and antigen presenting cells are common characteristics of this infection. Recently, it has been proposed that the immunoregulatory properties of several cell populations are partially responsible for these alterations. In fact, functional and quantitative alterations of the regulatory T cell (Treg) subpopulation have been described in sites of active viral replication such as lymphoid organs and the lymphoid tissue associated with the gastrointestinal mucosa. Although the role of Treg in HIV pathogenesis is unknown, different studies suggest that it could be dual: (1) to protect from tissue damage and from CD4+ T cell elimination caused by the immune hyperactivation; (2) to contribute to HIV pathogenesis. The accumulation of functional Tregs affects the development of the specific immune responses that would allow elimination of the pathogen, thus favouring its permanence in different tissues. This review presents the scientific evidence available on the effect of Treg cells during the pathogenesis of HIV infection.