Analysis of Tat protein characteristics in human immunodeficiency virus type 1 sub-subtype A6 (Retroviridae: Orthoretrovirinae: Lentivirus: Human immunodeficiency virus-1)

Cover Image

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Tat protein is a major factor of HIV (human immunodeficiency virus) transcription regulation and has other activities. Tat is characterized by high variability, with some amino acid substitutions, including subtypespecific ones, being able to influence on its functionality. HIV type 1 (HIV-1) sub-subtype A6 is the most widespread in Russia. Previous studies of the polymorphisms in structural regions of the A6 variant have shown numerous characteristic features; however, Tat polymorphism in A6 has not been studied.

Goals and tasks. The main goal of the work was to analyze the characteristics of Tat protein in HIV-1 A6 variant, that is, to identify substitutions characteristic for A6 and A1 variants, as well as to compare the frequency of mutations in functionally significant domains in sub-subtype A6 and subtype B.

Material and methods. The nucleotide sequences of HIV-1 sub-subtypes A6, A1, A2, A3, A4, subtype B and the reference nucleotide sequence were obtained from the Los Alamos international database.

Results and discussion. Q54H and Q60H were identified as characteristic substitutions. Essential differences in natural polymorphisms between sub-subtypes A6 and A1 have been demonstrated. In the CPP-region, there were detected mutations (R53K, Q54H, Q54P, R57G) which were more common in sub-subtype A6 than in subtype B.

Conclusion. Tat protein of sub-subtype A6 have some characteristics that make it possible to reliably distinguish it from other HIV-1 variants. Mutations identified in the CPP region could potentially alter the activity of Tat. The data obtained could form the basis for the drugs and vaccines development.

About the authors

A. I. Kuznetsova

D.I. Ivanovsky Institute of Virology FSBI «National Research Centre for Epidemiology and Microbiology named after the honorary academician N.F. Gamaleya» of the Ministry of Health of Russia

Author for correspondence.
Email: a-myznikova@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-5299-3081

Anna I. Kuznetsova, Ph.D. (Biol.), Senior Researcher, Laboratory of T-lymphotropic viruses

123098, Moscow, Russia

Russian Federation

K. B. Gromov

D.I. Ivanovsky Institute of Virology FSBI «National Research Centre for Epidemiology and Microbiology named after the honorary academician N.F. Gamaleya» of the Ministry of Health of Russia; FSBI «Central Research Institute for Epidemiology» of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor)

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-9316-1975

123098, Moscow, Russia

Moscow, 111123, Russia

Russian Federation

D. E. Kireev

FSBI «Central Research Institute for Epidemiology» of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor)

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-7896-2379

Moscow, 111123, Russia

Russian Federation

A. V. Shlykova

FSBI «Central Research Institute for Epidemiology» of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor)

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-1390-8021

Moscow, 111123, Russia

Russian Federation

A. E. Lopatukhin

FSBI «Central Research Institute for Epidemiology» of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor)

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-2826-699X

Moscow, 111123, Russia

Russian Federation

E. V. Kazennova

D.I. Ivanovsky Institute of Virology FSBI «National Research Centre for Epidemiology and Microbiology named after the honorary academician N.F. Gamaleya» of the Ministry of Health of Russia

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-7912-4270

123098, Moscow, Russia

Russian Federation

A. V. Lebedev

D.I. Ivanovsky Institute of Virology FSBI «National Research Centre for Epidemiology and Microbiology named after the honorary academician N.F. Gamaleya» of the Ministry of Health of Russia

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-6787-9345

123098, Moscow, Russia

Russian Federation

A. S. Tumanov

D.I. Ivanovsky Institute of Virology FSBI «National Research Centre for Epidemiology and Microbiology named after the honorary academician N.F. Gamaleya» of the Ministry of Health of Russia

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-6221-5678

123098, Moscow, Russia

Russian Federation

K. V. Kim

D.I. Ivanovsky Institute of Virology FSBI «National Research Centre for Epidemiology and Microbiology named after the honorary academician N.F. Gamaleya» of the Ministry of Health of Russia

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-4150-2280

123098, Moscow, Russia

Russian Federation

M. R. Bobkova

D.I. Ivanovsky Institute of Virology FSBI «National Research Centre for Epidemiology and Microbiology named after the honorary academician N.F. Gamaleya» of the Ministry of Health of Russia

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-5481-8957

123098, Moscow, Russia

Russian Federation

References

  1. Campbell G.R., Loret E.P. What does the structure-function relationship of the HIV-1 Tat protein teach us about developing an AIDS vaccine? Retrovirology. 2009; 6: 50. https://doi.org/10.1186/1742-4690-6-50
  2. Jin H., Li D., Lin M.H., Li L., Harrich D. Tat-based therapies as an adjuvant for an HIV-1 functional cure. Viruses. 2020; 12(4): 415. https://doi.org/10.3390/v12040415
  3. Asamitsu K., Fujinaga K., Okamoto T. HIV tat/P-TEFb interaction: a potential target for novel anti-HIV therapies. Molecules. 2018; 23(4): 933. https://doi.org/10.3390/molecules23040933
  4. Лаповок И.А., Лопатухин А.Э., Киреев Д.Е., Казеннова Е.В., Лебедев А.В., Бобкова М.Р., и др. Молекулярно-эпидемиологический анализ вариантов ВИЧ-1, циркулировавших в Рос- сии в 1987–2015 гг. Терапевтический архив. 2017; 89(11): 44–9. https://doi.org/10.17116/terarkh2017891144-49
  5. Громов К.Б., Киреев Д.Е., Мурзакова А.В., Лопатухин А.Э., Казеннова Е.В., Бобкова М.Р. Анализ полиморфизма белка Nef вариантов ВИЧ-1 (Human immunodeficiency virus-1, Lentivirus, Orthoretrovirinae, Retroviridae), циркулирующих в странах бывшего СССР. Вопросы вирусологии. 2019; 64(6): 281–90. https://doi.org/10.36233/0507-4088-2019-64-6-281-290
  6. Rosen C.A. Tat and Rev: positive modulators of human immunodeficiency virus gene expression. Gene Expr. 1991; 1(2): 85–90.
  7. Clark E., Nava B., Caputi M. Tat is a multifunctional viral protein that modulates cellular gene expression and functions. Oncotarget. 2017; 8(16): 27569–81. https://doi.org/10.18632/oncotarget.15174
  8. Ajasin D., Eugenin E.A. HIV-1 Tat: Role in bystander toxicity. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2020; 10: 61. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.00061
  9. Spector C., Mele A.R., Wigdahl B., Nonnemacher M.R. Genetic variation and function of the HIV-1 Tat protein. Med. Microbiol. Immunol. 2019; 208(2): 131–69. https://doi.org/10.1007/s00430-019-00583-z
  10. Asamitsu K., Okamoto T. The Tat/P-TEFb protein-protein interaction determining transcriptional activation of HIV. Curr. Pharm. Des. 2017; 23(28): 4091–7. https://doi.org/10.2174/1381612823666170710164148
  11. Nekhai S., Jeang K.T. Transcriptional and post-transcriptional regulation of HIV-1 gene expression: role of cellular factors for Tat and Rev. Future Microbiol. 2006; 1(4): 417–26. https://doi.org/10.2217/17460913.1.4.417
  12. Vardabasso C., Manganaro L., Lusic M., Marcello A., Giacca M. The histone chaperone protein nucleosome assembly protein-1 (hNAP-1) binds HIV-1 Tat and promotes viral transcription. Retrovirology. 2008; 5: 8. https://doi.org/10.1186/1742-4690-5-8
  13. Kamori D., Ueno T. HIV-1 Tat and viral latency: What we can learn from naturally occurring sequence variations. Front. Microbiol. 2017; 8: 80. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.00080
  14. Rodríguez-Mora S., Mateos E., Moran M., Martín M.Á., López J.A., Calvo E., et al. Intracellular expression of Tat alters mitochondrial functions in T cells: a potential mechanism to understand mitochondrial damage during HIV-1 replication. Retrovirology. 2015; 12: 78. https://doi.org/10.1186/s12977-015-0203-3
  15. Darbinian N., Darbinyan A., Merabova N., Selzer M.E., Amini S. HIV-1 and HIV-1-Tat induce mitochondrial DNA damage in human neurons. HIV AIDS. 2020; 6(1): 176. https://doi.org/10.16966/2380-5536.176
  16. Kim J., Kim Y.S. Effect of HIV-1 Tat on the formation of the mitotic spindle by interaction with ribosomal protein S3. Sci. Rep. 2018; 8(1): 8680. https://doi.org/10.1038/s41598-018-27008-w
  17. Debaisieux S., Rayne F., Yezid H., Beaumelle B. The ins and outs of HIV-1 Tat. Traffic. 2012; 13(3): 355–63. https://doi.org/10.1111/j.1600-0854.2011.01286.x
  18. Ruiz A.P., Ajasin D.O., Ramasamy S., DesMarais V., Eugenin E.A., Prasad V.R. A naturally occurring polymorphism in the HIV-1 Tat basic domain inhibits uptake by bystander cells and leads to reduced neuroinflammation. Sci. Rep. 2019; 9(1): 3308. https://doi.org/10.1038/s41598-019-39531-5
  19. Wenzel E.D., Avdoshina V., Mocchetti I. HIV-associated neurodegeneration: exploitation of the neuronal cytoskeleton. Neurovirol. 2019; 25(3): 301–12. https://doi.org/10.1007/s13365-019-00737-y
  20. Simenauer A., Nozik-Grayck E., Cota-Gomez A. The DNA damage response and HIV-associated pulmonary arterial hypertension. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21(9): 3305. https://doi.org/10.3390/ijms21093305
  21. Anand A.R., Rachel G., Parthasarathy D. HIV proteins and endothelial dysfunction: implications in cardiovascular disease. Front. Cardiovasc. Med. 2018; 5: 185. https://doi.org/10.3389/fcvm.2018.00185
  22. Brailoiu E., Deliu E., Sporici R.A., Benamar K., Brailoiu G.C. HIV- 1-Tat excites cardiac parasympathetic neurons of nucleus ambiguus and triggers prolonged bradycardia in conscious rats. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2014; 306(11): R814–22. https://doi.org/10.1152/ajpregu.00529.2013
  23. Jiang Y., Chai L., Fasae M.B., Bai Y. The role of HIV Tat protein in HIV-related cardiovascular diseases. J. Transl. Med. 2018; 16(1):121. https://doi.org/10.1186/s12967-018-1500-0
  24. Isaguliants M., Bayurova E., Avdoshina D., Kondrashova A., Chiodi F., Palefsky J.M. Oncogenic effects of HIV-1 proteins, mechanisms behind. Cancers. 2021; 13(2): 305. https://doi.org/10.3390/cancers13020305
  25. Li L., Dahiya S., Kortagere S., Aiamkitsumrit B., Cunningham D., Pirrone V., et al. Impact of Tat genetic variation on HIV-1 disease. Adv. Virol. 2012; 2012: 123605. https://doi.org/10.1155/2012/123605
  26. López-Huertas M.R., Mateos E., del Cojo M.S., Gómez-Esquer F., Díaz-Gil G., Rodríguez-Mora S., et al. The presence of HIV-1 Tat protein second exon delays Fas protein-mediated apoptosis in CD4+ T Lymphocytes: a potential mechanism for persistent viral production. J. Biol. Chem. 2013; 288(11): 7626–44. https://doi.org/10.1074/jbc.M112.408294
  27. Mishra M., Vetrivel S., Siddappa N.B., Ranga U., Seth P. Clade-specific differences in neurotoxicity of human immunodeficiency virus-1 B and C Tat of human neurons: significance of dicysteine C30C31 motif. Ann. Neurol. 2008; 63(3): 366–76. https://doi.org/10.1002/ana.21292
  28. Rao V.R., Sas A.R., Eugenin E.A., Siddapa N.B., Bimonte-Nelson H., Berman J.W., et al. HIV-1 clade-specific differences in the induction of neuropathogenesis. J. Neurosci. 2008; 28(40): 10010–6. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2955-08.2008
  29. Rao V.R., Neogi U., Talboom J.S., Padilla L., Rahman M., Fritz- French C., et al. Clade C HIV-1 isolates circulating in Southern Africa exhibit a greater frequency of dicysteine motif-containing Tat variants than those in Southeast Asia and cause increased neurovirulence. Retrovirology. 2013; 10: 61. https://doi.org/10.1186/1742-4690-10-61
  30. Paul R.H., Joska J.A., Woods C., Seedat S., Engelbrecht S., Hoare J., et al. Impact of the HIV Tat C30C31S dicysteine substitution on neuropsychological function in patients with clade C disease. J. Neurovirol. 2014; 20(6): 627–35. https://doi.org/10.1007/s13365-014-0293-z
  31. Vivès E., Brodin P., Lebleu B. A truncated HIV-1 Tat protein basic domain rapidly translocates through the plasma membrane and accumulates in the cell nucleus. J. Biol. Chem. 1997; 272(25): 16010–7. https://doi.org/10.1074/jbc.272.25.16010
  32. Ziegler A., Seelig J. Interaction of the protein transduction domain of HIV-1 TAT with heparan sulfate: binding mechanism and thermodynamic parameters. Biophys. J. 2004; 86(1 Pt. 1): 254–63. https://doi.org/10.1016/s0006-3495(04)74101-6
  33. Ziegler A., Nervi P., Dürrenberger M., Seelig J. The cationic cell-penetrating peptide CPPTAT derived from the HIV-1 protein TAT is rapidly transported into living fibroblasts: optical, biophysical, and metabolic evidence. Biochemistry. 2005; 44(1): 138–8. https://doi.org/10.1021/bi0491604
  34. de Almeida S.M., Rotta I., Vidal L.R.R., Dos Santos J.S., Nath A., Johnson K., et al. HIV-1C and HIV-1B Tat protein polymorphism in Southern Brazil. J. Neurovirol. 2021; 27(1): 126–36. https://doi.org/10.1007/s13365-020-00935-z
  35. Bobkov A., Kazennova E., Selimova L., Bobkova M., Khanina T., Ladnaya N., et al. A sudden epidemic of HIV type 1 among injecting drug users in the former Soviet Union: identification of subtype A, subtype B, and novel gagA/envB recombinants. AIDS Res. Hum. Retroviruses. 1998; 14(8): 669–76. https://doi.org/10.1089/aid.1998.14.669
  36. Lebedev A., Lebedeva N., Moskaleychik F., Pronin A., Kazennova E., Bobkova M. Human immunodeficiency virus-1 diversity in the Moscow Region, Russia: Phylodynamics of the most common subtypes. Front. Microbiol. 2019; 10: 320. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00320
  37. Казеннова Е.В., Лаповок И.А., Лага В.Ю., Васильев А.В., Бобкова М.Р. Естественные полиморфизмы гена pol варианта ВИЧ-1 IDU-A. ВИЧ-инфекция и иммуносупрессии. 2012; 4(4):44–51.
  38. Васильев А.В., Казеннова Е.В., Бобкова М.Р. Предсказание фенотипа R5/X4 вариантов ВИЧ-1, циркулирующих в России, с использованием компьютерных методов. Вопросы вирусологии. 2009; 54(3): 17–20.
  39. Казеннова Е.В., Васильев А.В., Бобкова М.Р. Прогноз эффективности применения препарата Бевиримат для лечения ВИЧ-инфекции в России. Вопросы вирусологии. 2010; 55(3): 37–41.
  40. Lapovok I., Laga V., Kazennova E., Bobkova M. HIV type 1 integrase natural polymorphisms in viral variants circulating in FSU countries. Curr. HIV Res. 2017; 15(5): 318–26. https://doi.org/10.2174/1570162X15666170815162052
  41. Shafer R.W., Rhee S.Y., Pillay D., Miller V., Sandstrom P., Schapiro J.M., et al. HIV protease and reverse transcriptase mutations for drug resistance surveillance. AIDS. 2007; 21(2): 215–23. https://doi.org/10.1097/qad.0b013e328011e691
  42. Jin H., Sun Y., Li D., Lin M.H., Lor M., Rustanti L., et al. Strong in vivo inhibition of HIV-1 replication by Nullbasic, a Tat mutant. mBio. 2019; 10(4): e01769–19. https://doi.org/10.1128/mBio.01769-19
  43. Leoz M., Kukanja P., Luo Z., Huang F., Cary D.C., Peterlin B.M., et al. HEXIM1-Tat chimera inhibits HIV-1 replication. PLoS Pathog. 2018; 14(11): e1007402. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1007402
  44. Mediouni S., Chinthalapudi K., Ekka M.K., Usui I., Jablonski J.A., Clementz M.A., et al. Didehydro-cortistatin A inhibits HIV-1 by specifically binding to the unstructured basic region of Tat. mBio. 2019; 10(1): e02662–18. https://doi.org/10.1128/mBio.02662-18
  45. Wan Z., Chen X. Triptolide inhibits human immunodeficiency virus type 1 replication by promoting proteasomal degradation of Tat protein. Retrovirology. 2014; 11: 88. https://doi.org/10.1186/s12977-014-0088-6
  46. Sgadari C., Monini P., Tripiciano A., Picconi O., Casabianca A., Orlandi C., et al. Continued decay of HIV proviral DNA upon vaccination with HIV-1 Tat of subjects on long-term ART: An 8-year follow-up study. Front. Immunol. 2019; 10: 233. https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.00233
  47. Loret E.P., Darque A., Jouve E., Loret E.A., Nicolino-Brunet C., Morange S., et al. Intradermal injection of a Tat Oyi-based therapeutic HIV vaccine reduces of 1.5 log copies/mL the HIV RNA rebound median and no HIV DNA rebound following cart interruption in a phase I/II randomized controlled clinical trial. Retrovirology. 2016; 13: 21. https://doi.org/10.1186/s12977-016-0251-3

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2021 Kuznetsova A.I., Gromov K.B., Kireev D.E., Shlykova A.V., Lopatukhin A.E., Kazennova E.V., Lebedev A.V., Tumanov A.S., Kim K.V., Bobkova M.R.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».