Giocando a rimpiattino nel DNA cellulare, modelli per determinare la dimensione del turnover di HIV-1

I meccanismi del retrovirus e le terapie disponibili

Un segno distintivo dei retrovirus e un passo chiave nel loro ciclo di replicazione che consente la persistenza virale per sempre nel loro ospite infettato, è l'integrazione del DNA del virus nel genoma delle cellule dell’organismo ospite. 
Una volta infettata la cellula non si libererà mai più del virus nascosto e nel proprio genoma. Sono noti retrovirus per molte specie animali incluse tutte le specie di pesci, uccelli e mammiferi.
HIV-1 (Human Immunodeficiency Virus Type 1) è un retrovirus umano a genoma RNA che determina immunodeficienza progressiva, AIDS e morte nel 99% delle persone infettate e non trattate, e che può circolare libero ed infettante nel plasma e liquidi biologici, ed integrato (DNA) nel nucleo delle cellule infettate. 

La disponibilità di molte classi di farmaci con meccanismi di azione differenti ha reso possibile mediante terapia antiretrovirale di combinazione (cART) controllare il virus e così curare e garantire una vita normale a tutte le persone infettare da HIV-1. Nonostante il successo della cART nel bloccare la replicazione virale e arrestare la progressione della malattia, nella persona infetta e trattata, HIV persiste a basso titolo in alcuni distretti anatomici (linfonodi, tessuto linfoide, milza, ecc) sotto forma di DNA nelle cellule per anni dopo l'inizio della terapia [Palmer S, 2008].
La cART elimina la produzione di virus libero (RNA) ma non può eliminare il DNA di HIV nelle cellule infettate.
Sebbene le attuali terapie migliorino la morbilità, la mortalità, e qualità della vita, la cART negli anni/decenni è associata a tossicità da farmaci e non riesce a “spegnere” l’attivazione immunitaria persistente che contribuisce alla morbilità e alla mortalità dei pazienti per malattie non correlate all'AIDS (cioè non da immunodeficienza) a carico dell’apparato cardiovascolare, renale, epatiche e neoplastiche.
Inoltre, se la cART viene interrotta, la viremia (HIV-RNA nel plasma) “rimbalza” a livelli quasi pre-terapia entro poche settimane nella maggior parte pazienti. La ripresa di viremia HIV origina da un serbatoio (reservoir) di cellule latentemente infette (HIV DNA nel nucleo), e non producenti RNA virale. 

Una scoperta che può portare a nuove strategie

Lo sviluppo di strategie volte a caratterizzare ed eradicare l'HIV DNA senza terapia antiretrovirale costituiscono oggi una priorità della ricerca mondiale [Deeks SG, 2012]. 
La fonte di viremia residua persistente che provoca rimbalzo il virus dopo l'interruzione del trattamento rimane ampiamente sconosciuto ed è fondamentale definirla meglio per ottimizzare le iniziative di eradicazione dell'HIV.
Una volta retrotrascritto (RNA-DNA) il genoma HIV-1  viene portato nel nucleo dove per opera dell’integrasi virale viene integrato nel DNA della cellula. Questo processo non è né casuale né totale. Esistono evidenze che suggeriscono come l’integrazione avvenga preferenzialmente in geni correlati all’attività proliferativa cellulare (BACH2, MKL2). Inoltre, una parte del DNA non viene integrato ma resta dentro il nucleo in forma lineare oppure circolare (1LTR o 2LTR). Le forme non integrate sono un metro di misura di recenti eventi di nuova infezione della cellula ed in ultima analisi di scarso controllo del pool del “serbatoio” di virus malgrado cART. Quanto più DNA-virus non integrato si trova, tanto maggiore si pensa sia l’attività di replicazione residua. La misurazione di DNA totale nei serbatoi cellulari, fornisce un’idea di quanto virus è ancora presente nel “serbatoio” del paziente trattato con successo con cART. Inoltre la determinazione della quota di DNA integrato fornisce un’informazione importante ed inversamente proporzionale all’efficacia della terapia somministrata e del successo del sistema immunitario nell’ erosione/diminuzione del serbatoio di HIV. La determinazione di forme di HIV-DNA a 2LTR (la parte terminale del virus che si piega su se stessa e diventa circolare e non integrato) ha finora rappresentato un metro accreditato di determinazione dell’attività replicativa residua in pazienti con viremia RNA assente in corso di cART efficace. 

Abbiamo potuto dimostrare recentemente ideando una metodica nuova ed uno studio ad hoc [Orlandi C, 2020], che è possibile misurare le forme lineari di HIV DNA non trascritto (uDNA) nei pazienti HIV in condizioni cliniche differenti. La determinazione del DNA non integrato incluse le forme lineari (uDNA, unintegrated DNA) permette una misura delle forme non integrate più precisa della determinazione di 2LTR circolari. Infatti determinare i 2LTR sottostima significativamente gli eventi di recente nuovo ingresso virale nelle cellule. La misurazione di uDNA potrà fornire  in futuro una misura precisa della componente di “insufficiente e parziale controllo di replicazione” in pazienti in cui la viremia HIV scende nel plasma sotto la “visibilità” ma resta sempre sufficientemente alta da ingrandire il “serbatorio “ di virus. 
Quali utilizzi possono avere queste nuove conoscenze? Le strategie attuali sul futuro della terapia di HIV sono orientate alla ricerca di strumenti per eradicare HIV DNA dalle cellule e quindi guarire definitivamente una persona infettata senza ulteriori necessità di farmaci. La misura esatta di nuovi eventi di ingresso di virus nei “santuari” e la tipologia di molecole di uDNA oltre al quantitativo totale di DNA integrato nel nucleo forniscono un nuovo strumento che permette di saggiare la reale efficacia di nuove terapie. 

Riferimenti 

Palmer S, Maldarelli F, Wiegand A, Bernstein B, Hanna GJ, Brun SC, Kempf DJ, Mellors JW, Coffin JM, King MS. Low-level viremia persists for
at least 7 years in patients on suppressive antiretroviral therapy. Proc Natl Acad Sci USA. 2008;105(10):3879–84.

Deeks SG, Autran B, Berkhout B, Benkirane M, Cairns S, Chomont N, Chun TW, Churchill M, Di Mascio M, Katlama C, Lafeuillade A, Landay A, Lederman M, Lewin SR, Maldarelli F, Margolis D, Markowitz M, Martinez- Picado J, Mullins JI, Mellors J, Moreno S, O’Doherty U, Palmer S, Penicaud MC, Peterlin M, Poli G, Routy JP, Rouzioux C, Silvestri G, Stevenson M, Telenti A, Van Lint C, Verdin E, Woolfrey A, Zaia J, Barre-Sinoussi F. Towards an HIV cure: a global scientific strategy. Nat Rev Immunol. 2012;12(8):607–14.

Orlandi C, Canovari B, Bozzano F, Marras F, Pasquini Z, Barchiesi F, De Maria A, Magnani M, Casabianca A.
A comparative analysis of unintegrated HIV-1 DNA measurement as a potential biomarker of the cellular reservoir in the blood of patients controlling and non-controlling viral replication. J Transl Med. 2020;18(1):204. Published 2020 May 19. doi:10.1186/s12967-020-02368-y