Research Group Heussler (Malaria I) - Bernhard-Nocht-Institut für ...

Medical Microbiology Section
The role of HIV gp120 and CXCR4 N-glycans
in HIV pathogenesis.
Zusammenfassung
Eine Infektion mit dem HIV-1 erfolgt nach Bindung
des gp120 Hüllproteins and das humane CD4 und
an einen der Korezeptoren CXCR4 oder CCR5. In
unseren Studien haben wir untersucht welche Rolle
die N-Glykane am gp120 und am CXCR4 für die Infektion
mit HIV spielen. Die Ergebnisse zeigen, dass
zwei N-Glykane, das g15 im V3 loop und das N-Glykan
g1 am CXCR4, die virale Fitness sowie die Permissivität
der Zellen beeinflussen. Das N-Glykan g15
übt zwei verschiedene Funktionen aus je nachdem
welcher Korezeptor genutzt wird. Die Förderung der
CCR5-spezifischen Infektion und die Blockade neutralisierender
Antikörper durch g15 sind zwei Vorteile
die die Vermehrung CCR5-monotroper HIV-Varianten
in der frühen Phase der Erkrankung fördern.
Die Analyse der Korezeptor N-Glykosylierungsmutanten
zeigte, dass Zelllinien, die ein CXCR4 ohne
das N-Glykan g1 exprimierten eine erhöhte Permissivität
für dualtrope Viren besitzen. Zellen die solch einen
Korezeptor exprimieren könnten die ersten Zielzellen
für Viren sein die zusätzlich zu den CCR5 Eigenschaften
eine CXCR4-Spezifität entwickelt haben.
In der späten Phase, wenn die neutralisierenden
Antikörper im Serum abnehmen, können sich
diese CXCR4-spezifischen Varianten weiter durchsetzten
und es kommt zu einem Wechsel der Viruspopulation
von CCR5 +g15 zu CXCR4 –g15 Viren.
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Project Description and results
Infection with HIV-1 requires binding of gp120 envelope
to CD4 and to the CCR5/CXCR4 coreceptors. Both,
gp120 and coreceptors are subject to N-glycosylation.
In our studies we have analysed the role of the N-glycans
present on gp120 and CXCR4 for HIV-1 infection.
We have constructed and tested mutants of gp120 differing
in N-glycosylation. These mutants were tested in
infection assays using cell lines expressing CD4,
CXCR4 or CCR5 as indicators for infectivity. To study
the role of N-glycans on coreceptors. N-Glycosylation
mutants of CXCR4 and CCR5 were expressed in
GHOST cells. These cell lines were infected with NL4-3
and NL4-3 N-glycosylation mutants to analyse their permissiveness
to infection.
Our results showed that two N-glycans, g15 within the
V3 loop and g1 on CXCR4, were identified which influence
viral infectivity and cell permissiveness. Glycan
g15 is responsible for the blocking of neutralizing antibodies
and supports CCR5 interaction. In contrast, g15
is blocking CXCR4 interaction but antibody dependent
neutralization is enhanced. Thus, g15 plays different roles
for CCR5 and CXCR4 usage. Supporting CCR5
usage and the blockade of antibody are two advantages,
allowing R5-tropic viruses replication in early stages
of infection.
The analysis of coreceptor mutants showed that cells
expressing CXCR4 mutants lacking g1 are much more
permissive for R5X4 dualtropic viruses compared to wt
Figure 1: HIV-syncytia-sssay Indicator cell lines
(Hela P4, CXCR4, CCR5) infected with HIV-1
NL4-3 mutant lacking V3 loop glycan g15. Infectivity
of the HIV mutant tested is calculated based
on the number and size of syncytia (giant cells).