Características genéticas asociadas con secuencias del VIH en monocitos identificadas mediante aprendizaje automático
El ADN del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) se ha detectado en monocitos circulantes aislados de individuos infectados con o sin terapia antirretroviral (TAR). Aunque los niveles de ADN viral en monocitos son bajos y poco frecuentes, estas células albergan VIH-1 competente para la replicación y no latente en pacientes bajo TAR. Estudios previos sobre monocitos circulantes han revelado poblaciones virales y características genéticas distintas en comparación con las células T. Sin embargo, actualmente no existe un método sencillo para diferenciar claramente el virus en monocitos del virus en células T.
Los monocitos persisten en la sangre solo unos días antes de morir o migrar a tejidos y diferenciarse en macrófagos. Los monocitos infectados por el VIH podrían diseminar el virus a sitios como el sistema nervioso central (SNC) o el sistema genital masculino, donde se ha identificado evidencia de compartimentalización de poblaciones virales. Una hipótesis es que los monocitos se infectan con virus de tropismo macrófago que replican en macrófagos tisulares. La determinación de los factores genéticos de los virus en monocitos podría mejorar nuestra comprensión de los virus con tropismo macrófago en diferentes sitios anatómicos y tener implicaciones para el diseño de estrategias curativas contra el VIH.
En estudios previos sobre virus con tropismo macrófago, se clonó la secuencia de env en pseudovirus, definiendo el tropismo por la capacidad de entrada y replicación. Estos estudios destacaron la importancia de la interacción entre la envoltura viral y receptores como CD4 y correceptores, especialmente en condiciones de baja densidad. Sustituciones como N283 en la región C2, que aumenta la afinidad de gp120 por CD4, y la pérdida del sitio de glicosilación N386 en V4, se asociaron con tropismo macrófago. Además, variantes en el bucle V3, relacionado con la unión al correceptor, como S306R e I326, también se han vinculado a este tropismo.
El aprendizaje automático (AA) surge como una herramienta prometedora para predecir provirus del VIH en reservorios de macrófagos. Métodos de AA han permitido identificar patrones en secuencias del VIH para predecir uso de correceptores, epítopos inmunes y mutaciones de resistencia. En este estudio, aplicamos métodos de AA para diferenciar genomas virales en monocitos y células T mediante secuencias de env.
Secuencias env C2V3C3 del subtipo B obtenidas de monocitos y células T emparejadas se recopilaron de la base de datos del VIH de Los Alamos. Los árboles filogenéticos de máxima verosimilitud se estimaron en MEGA X con el modelo GTR + Γ + I. La compartimentalización genética se evaluó mediante las pruebas de Slatkin-Maddison y Hudson. El análisis computacional se realizó en R ver. 4.0.2. Las secuencias se dividieron en grupos de entrenamiento (80%) y prueba (20%). Cada aminoácido se representó mediante cinco propiedades biofisicoquímicas (hidrofobicidad, carga, polaridad, distribución y flexibilidad), generando 76 características por posición. Tras filtrar características redundantes, se entrenaron modelos de AA: SVM, RF, GBM, XGBL y XGBT, validados mediante cross-validation.
De 504 secuencias env C2V3C3 (266 de células T y 238 de monocitos) de ocho pacientes, se confirmó la compartimentalización viral entre ambos tipos celulares (p ≤0.01). El modelo XGBL mostró una precisión media del 79.0% (mejor: 86.5%) y una especificidad del 0.94. Al evaluar todo el conjunto de datos, la precisión fue del 88.3% (IC 95%: 0.86–0.91).
Se identificaron cinco posiciones en env (297, 326, 335, 355 y 395) como las más relevantes para distinguir provirus en monocitos. Las variantes 297I, 326D y 335N (asociadas a hidrofobicidad) fueron más frecuentes en monocitos, mientras que 355G y 395W/T (relacionadas con distribución en lámina beta y termoestabilidad) también mostraron enriquecimiento en este grupo. Un modelo basado solo en estas características logró una precisión del 73.4% (IC 95%: 0.69–0.77).
Estudios previos respaldan el papel del bucle V3 en el uso de correceptores. La posición 326, ubicada en la interfaz gp120-CXCR4, es crítica para la entrada en macrófagos derivados de monocitos. Mientras que 335R se ha vinculado a sitios de selección positiva en la región C3, la posición 355 no se había asociado previamente con tropismo celular.
La infección de monocitos circulantes y su diferenciación en macrófagos tisulares podría explicar la compartimentalización del VIH en sitios anatómicos como el SNC. La identificación de determinantes genéticos en virus de monocitos contribuye a caracterizar el reservorio mieloide, clave para estrategias de cura.
En conclusión, este estudio identifica características genéticas en env asociadas a virus en monocitos, ampliando el conocimiento sobre el tropismo macrófago y los reservorios virales. Estos hallazgos orientan futuras investigaciones hacia la erradicación del VIH.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000002932