Center for AIDS Research Best Paper Award 2016
Zhansong Lin
, Kimiko Kuroki, Nozomi Kuse, Xiaoming Sun, Tomohiro Akahoshi, Ying Qi, Takayuki Chikata, Takuya Naruto, Madoka Koyanagi, Hayato Murakoshi, Hiroyuki Gatanaga, Shinichi Oka, Mary Carrington, Katsumi Maenaka, Masafumi Takiguchi, HIV-1 control by NK cells via reduced interaction between KIR2DL2 and HLA-C*12:02/C*14:03, Cell Reports 17:2210-2220, 2016
 NK cells, which had been classified as a member of the innate immune system, exhibit specificity in the recognition of target cells. The interaction between Killer cell Immunoglobulin-like Receptors (KIRs) expressed on NK cells and HLA ligands on target cells plays an important role in the regulation of NK-cell functions which influences the clinical outcome of HIV-1 infection. In recent years, the effects of NK cells and KIR genes on HIV-1 control have been partially determined. However, few studies have shown the synergistic effect of KIR and HLA on HIV-1 infection and its mechanism. In our Cell Reports paper, we studied the effect of KIR-HLA interactions on NK-cell activation and eradication of HIV-1 infection in the Japanese population and its mechanism.
 We first analyzed the correlation between clinical outcomes of HIV-1 infection and the presence of different KIR genes or KIR-HLA combinations in 504 treatment-naive Japanese individuals who are chronically infected with HIV-1. We found that two HLA-C alleles, C*12:02 and C*14:03, showed a synergistic effect with KIR2DL2, which belongs to the inhibitory receptor family, on suppression of HIV-1 replication. To further uncover the protective mechanisms by the two KIR/HLA combinations, we investigated the function of KIR2DL2+ NK cells and performed molecular analysis.
 Interestingly, HLA-C*14:02 allele, which has only minor difference with -C*14:03, did not show such protective effect. Indeed, viral suppression assay showed that KIR2DL2+ NK cells suppressed wild type (WT) HIV-1 replication in HLA-C*14:03+ cells to a significantly greater extent than in -C*14:02+ cells. Functional analysis and peptide-HLA binding assay further demonstrated that the lower binding between HIV-1 derived peptides and C1403 alleles largely influenced antiviral function of KIR2DL2+ NK cells through reduced expression of peptide-HLA (pHLA) complex (i.e., lower presentation of KIR2DL2 ligand) on the cell surface.
 B52-C12 is a famous protective HLA haplotype in the Japanese population against HIV-1 infection. Our previous study identified a V to A mutation on the 9th amino acid (9A) within a C1202-restricted Pol-IY10 epitope peptide. This 9A mutation enables the virus to escape from the immune pressure exerted by C1202-restricted CTLs and thus longitudinally accumulates among C1202+ individuals. However, viral suppression assay in our present study showed that KIR2DL2+ NK cells suppressed replication of the mutant virus at a significantly higher level than that of the WT virus in HLA-C*12:02+ cells. Functional analysis and peptide-HLA binding assay suggested that the lower binding between 9A mutant peptide and HLA-C1202 allele largely facilitated antiviral function of KIR2DL2+ NK cells through reduced expression of pHLA complex on the cell surface.
 Surface plasmon resonance studies (BIAcore) revealed that peptide-HLA binding did not influence the binding of pHLA complex to KIR2DL2 molecules. Rather, it independently affected NK cell antiviral functions for both of the HLA/KIR combinations. The activating counterpart of KIR2DL2, KIR2DS2, did not play a role in either of the combinations.
 Taken together, our present study found that: 1) Two Japanese-specific HLA-C alleles combined with KIR2LD2 are associated with a synergistic protective effect on HIV-1 control; 2) Peptide-HLA binding directly influences NK-cell recognition of target cells and antiviral function through inhibitory receptor KIR2DL2; 3) CTL-selected escape mutations influence NK-cell antiviral function.
Xiaoming Sun, Yi Shi, Tomohiro Akahoshi, Mamoru Fujiwara, Hiroyuki Gatanaga, Christian Schonbach, Nozomi Kuse, Victor Appay, George F. Gao, Shinichi Oka, and Masafumi Takiguchi, Effects of a single escape mutation on T cell and HIV-1 co-adaptation, Cell Reports, 15:2279-2291, 2016
 Nef のY135F mutantは、HLA-A*24:02拘束性のRF10 epitope(RYPLTFGWCF)特異的CTLにより選択される免疫逃避変異であることは知られている。一方、このRF10に含まれるRW8は、superimposed Nef epitopeとしてCTLに認識されるepitopeでもある。我々はこれらの2つのepitopesを認識するCTLと逃避変異Y135Fの選択、逃避変異epitopeを認識する新たなCTLの誘導に関して免疫学的方法、構造解析など様々な方法を用いて解析した。その結果これらの逃避変異は、RY10, RW8特異的CTLいずれにおいても選択されるが、この変異を持ったウイルスは、新たな RF10-2F epitope(RFPLTFGWCF)特異的CTLの誘導をするが、RW8-2F特異的CTLの誘導は出来ないことが明らかになった。これは2Fに変異することで、ペプチドとHLA-A*24:02間の水素結合の1つが消失しペプチド結合が不安定化するが、この不安定化の効果がより強く8-mer peptideで起こるからである。このように1つの逃避変異が、2つの異なったCTLに対して、異なった免疫適合する事が明らかになり、HIV-1とHIV-1特異CTL間の相互進化がより複雑に生体内で起きていることが明らかになった。
Giang Van Tran,* Takayuki Chikata,* Jonathan M. Carson, Hayato Murakoshi, Dung Hoai Nguyen, Yoshiko Tamura, Tomohiro Akahoshi, Nozomi Kuse, Keiko Sakai, Sachiko Sakai, Kyle Cobarrubias, Shinichi Oka, Zabrina L. Brumme, Kinh Van Nguyen, and Masafumi Takiguchi (*Equal contribution), A strong association of HLA-associated Pol and Gag mutations with clinical parameters in HIV-1 subtype A/E infection, AIDS 30:681-689, 2016
 集団としてのHLA class I対立遺伝子型(HLA型)の頻度や分布は人種や地域によって異なり、そのためにそれぞれの人種や地域に特異的なHLA型に関連するHIV-1アミノ酸変異(HLA-associated polymorphism: HLA-AP)が選択されていることが考えられる。これまで複数の地域や人種を対象とした研究グループの大規模な解析により、HIV-1 subtype BおよびCにおけるHLA-APが同定されているが、HIV-1 subtype A/Eを対象とした大規模な解析は未だ行われていない。そこで我々は、HIV-1 subtype A/Eが流行している地域であるベトナム(ハノイ)コホートを研究対象として、コホート内に選択されるHLA-APの同定を試みた。さらに、それらHLA-APがベトナムコホートの感染者の病態に与えている影響を解析した。
 まず無治療のベトナム人HIV-1 subtype A/E慢性感染者383名を対象として、HIV-1タンパク質のGag、Pol、Nef遺伝子領域のアミノ酸配列を決定し(Gag: 369名, Pol: 359名, Nef: 372名)、phylogenetic dependency network modelにより計303個(Gag:79個、Pol:114個、Nef:110個)のHLA-APを同定した。続いて、HLA-APの感染者の病態(CD4数および血中ウイルス量)に対する相関分析を行った結果、個々の感染者におけるPol領域におけるHLA-APの総数は、血中ウイルス量と有意に正の相関関係が認められ、一方でCD4数は有意に負の相関関係が認められた。またGag領域では、血中ウイルス量のみに正の相関関係が認められた。さらに、個々の感染者におけるHLA関連逃避変異アミノ酸の割合と病態との相関分析をした結果、Pol領域では血中ウイルス量と有意に正の相関関係が認められ、CD4数は有意に負の相関関係が認められた。一方で、Gag領域では、CD4数のみに負の相関関係が認められた。続いて、個々のHLA-APを詳細に解析したところ、GagおよびPol領域のそれぞれ7か所のHLA-APが高い血中ウイルス量と、またGag領域 の2か所およびPol領域の13か所のHLA-APが低いCD4数と関連していることが明らかになった。これらの変異は特に細胞障害生T細胞(CTL)からの逃避に関与している可能性が高く、事実本研究にてGag遺伝子280番目に選択される変異がHLA-C*01:02拘束性CTLに対する逃避変異であることが証明された。
 本研究では、初めて大規模かつ網羅的にHIV-1 subtype A/EのHLA-APの解析を行い、ベトナム人集団においてはPol領域に選択されるHLA-APの蓄積が感染者の病態に悪い影響を与えていることが示唆された。
Nozomi Kuse*, Mohammad Arif Rahman*, Hayato Murakoshi*, Giang Van Tran, Takayuki Chikata, Madoka Koyanagi, Kinh Van Nguyen, Hiroyuki Gatanaga, Shinichi Oka, and Masafumi Takiguchi, Different Effects of Nonnucleoside Reverse Transcriptase Inhibitor Resistance Mutations on Cytotoxic T Lymphocyte Recognition between HIV-1 Subtype B and Subtype A/E Infections (*Equal contribution). J. Virol. 89:7363-7372, 2015
 抗HIV-1薬剤耐性変異がHIV-1特異的CTLの認識能に与える影響は、これまでHIV-1 サブタイプB感染において解析されているが、薬剤が効果的に使用されていない地域で見られる他のサブタイプ感染においては明らかになっていない。そこで我々は、HIV-1 サブタイプB感染とサブタイプA/E感染におけるNNRTI薬剤耐性変異(RT Y181C・Y181I・Y181V)のHLA-A*02:01拘束性IV10特異的CTL、HLA-B*35:01拘束性NY9特異的CTLおよびHLA-C*12:02拘束性KY9特異的CTLの認識能へ及ぼす影響を解析した。さらに無治療のHIV-1サブタイプB感染日本人とサブタイプA/E感染ベトナム人をコホートとして、RT181変異の蓄積が見られるかどうかも調べた。
 本研究は、NNRTI薬剤耐性変異(RT Y181C・Y181I・Y181V)のCTLの認識能への影響が2つのHIV-1サブタイプ感染において異なることを示した。Y181C変異は無治療のベトナム人のコホートで徐々に蓄積してきていることが見られるため、この変異はベトナムにおいてCTLのHIV-1コントロールに影響を与えるかもしれない。
Center for AIDS Research Best Paper Award 2015
Hayato Murakoshi
, Tomohiro Akahoshi, Madoka Koyanagi, Takayuki Chikata, Takuya Naruto, Rie Maruyama, Yoshiko Tamura, Naoki Ishizuka, Hiroyuki Gatanaga, Shinichi Oka, and Masafumi Takiguchi, Clinical Control of HIV-1 by Cytotoxic T Cells Specific for Multiple Conserved Epitopes. J. Virol. 89:5330-5339, 2015
 その結果、HIV-1感染制御に関与した13個のエピトープ特異的CD8陽性T細胞を見つけ出し、そのうち9個は新規のエピトープであった。また、これら13エピトープへの反応のbreadthが血漿中ウイルス量と強い負の相関(r = -0.42, p = 2.2×10-11)、CD4陽性T細胞数と強い正の相関(r = 0.42, p = 1.2×10-11)を示し、これらのT細胞の相乗効果がin vivoでのHIV-1コントロールに対して大きく影響していることが判明した。さらに、これら13エピトープのうち9エピトープはHIV-1 subtype B感染者において保存されており、3エピトープは特異的T細胞によってcross-recognitionされることが判明し、これら12エピトープはAIDSワクチンの抗原としてきわめて有用であることが示唆された。