CD73: A Key Player in HIV Persistence

Abstract

Replication of human immunodeficiency virus (HIV) is suppressed to undetectable levels by effective antiretroviral therapy (ART). However, current therapeutic regimens fail to completely eradicate HIV due to the persistence of latently-infected cells. These viral reservoirs are established very early during infection, remain invisible to the host’s immune system, and persevere for decades despite ART. A better understanding of viral persistence and identification of unique features of latently-infected cells are needed to inform HIV cure strategies. To address this gap, I utilized blood-derived, primary CD4+ T cells, which were infected with an HIV dual reporter virus allowing for isolation of uninfected, productivelyinfected and latently-infected cells. NanoString profiling and differential gene expression analysis uncovered distinct signatures of latently-infected cells and the surface protein CD73 as a key marker of latent infection. Subsequent experiments showed a significant association between latent infection and increased CD73 expression, both in vitro and in vivo , and demonstrated vice versa that CD73+ cells are significantly enriched for latent virus. Hypoxic conditioning, reflecting the lymphoid microenvironment in vivo , drastically increased the percentage of CD73+ T cells and consequently the overall frequency of latent infections, while phenotypic characterization of CD73+ CD4+ T cells revealed cellular features favorable for latent infection. In addition, I found clear evidence that this compartment can harbor a functional HIV reservoir and reinitiate spreading infection. Finally, I discovered that the enzymatic activity of CD73 may be involved in viral quiescence, suggesting an intriguing mechanism linking hypoxia-induced CD73 expression and downstream adenosine signaling to the establishment of HIV latency and the long-term survival of infected cells in vivo . Abstract Page 8/137 My results present for the first time a coherent, direct correlation between HIV latency and CD73 expression, as well as its regulation and function. My discovery does not only provide new insights into the biology of viral persistence but also reveals novel encouraging phenotypic and mechanistic target sites for HIV cure approaches.

Antiretroviral Therapie (ART) kann heutzutage die Replikation des humanen Immundefizienz-Virus (HIV) so wirksam hemmen, dass im Blut infizierter Personen keine Viren mehr nachgewiesen werden können. Aufgrund der Persistenz latent infizierter Zellen gibt es derzeit jedoch keine Behandlungsmethode die HIV vollständig heilen kann. Latente Zellen formen die sogenannten Virusreservoire, die sich sehr früh während der Infektion etablieren, vom Immunsystem des Wirts unerkannt bleiben und im Körper trotz jahrzehntelanger Therapie verweilen. Ein besseres Verständnis der HIV-Persistenz und eine zuverlässige Identifizierung latent infizierter Zellen sind erforderlich, um effektive Heilungsstrategien zu entwickeln. Um dieses Problem zu adressieren, wurden primäre CD4+ T-Zellen mit einem HIVReportervirus infiziert, dass die Isolation von nicht-infizierten, produktiv-infizierten und latentinfizierten Zellen ermöglicht. Anschließende NanoString- und differentielle Genexpressionsanalyse haben spezifische Eigenschaften latent infizierter Zellen aufgedeckt, mit dem Oberflächenprotein CD73 als zentrales Element. Nachfolgende Experimente haben dann einen signifikanten Zusammenhang zwischen latenter Infektion und erhöhter CD73 Expression nachgewiesen, sowohl in vitro als auch in vivo , und umgekehrt gezeigt, dass CD73+ Zellen latentes Virus anreichern. Hypoxische Kulturbedingungen, die die lymphoide Mikroumgebung in vivo widerspiegeln, erhöhten deutlich den Prozentsatz an CD73+ T-Zellen und folglich die Gesamthäufigkeit latenter Infektionen, während die phänotypische Charakterisierung von CD73+ CD4+ T-Zellen zelluläre Merkmale offengelegt hat, die eine latente Infektion begünstigen. Darüber hinaus habe ich eindeutige Beweise gefunden, dass dieses Zellkompartiment ein intaktes HIV-Reservoir beherbergen und damit zur Ausbreitung Zusammenfassung Page 6/137 einer neuentfachten Infektion beitragen kann. Schließlich habe ich entdeckt, dass die enzymatische Aktivität von CD73 an HIV-Latenz beteiligt sein könnte, was auf einen faszinierenden Mechanismus hinweist, der die Hypoxie-induzierte CD73 Expression und die nachgeschaltete Adenosin-Signalübertragung mit der Etablierung der HIV-Latenz und dem langfristigen Überleben infizierter Zellen in vivo verbindet. Meine Ergebnisse zeigen zum ersten Mal eine kohärente, direkte Korrelation zwischen der HIV-Latenz und CD73 Expression sowie dessen Regulation und Funktion. Meine Entdeckung liefert nicht nur neue Einblicke in die Biologie der Viruspersistenz, sondern enthüllt auch innovative phänotypische und mechanistische Angriffspunkte für HIV-Heilungsansätze.