Novel mechanisms and Drosophila model of APOL1-HIV-1 nephropathies in children

儿童 APOL1-HIV-1 肾病的新机制和果蝇模型

基本信息

  • 批准号:
    10202573
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.39万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-07-01 至 2023-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Individuals carrying two APOL1 risk alleles (RA) named G1 or G2 have ~ 30-fold higher odds of developing HIV-nephropathy (HIVAN) compared to HIV+ controls. Our current knowledge regarding the role of APOL1 in HIVAN is mostly derived from studies done in cultured renal cells or clinical genetic studies, and new experimental models are needed to gain a more in depth understanding of the interactions between HIV-1 and the APOL1-RA in vivo. Our pediatric nephrology program has been studying HIV-renal diseases (HIV- RD) for 25 years and is in a unique position to fill this gap. Recently, we developed Drosophila APOL1-G0 and G1 transgenic (Tg) lines, and found that ectopic expression of APOL1-G1 in nephrocytes (the equivalent of mammalian podocytes) enhanced the endocytic activity and size of these cells, impaired the acidification of intracellular vacuoles, and accelerated their death. In addition, we found that HIV-1 induces a low level productive infection of podocytes cultured from HIV+ children through a dynamin-dependent endocytosis mechanism that is independent of CD4, and increases the expression of APOL1-G1 in these cells. Furthermore, we found that overexpression of APOL1-G1 in Tg-flies and cultured podocytes increases the activity of GTPases involved in endocytosis, regulation of cytoskeletal networks, and cell trafficking. Based on these findings, we hypothesize that HIV-1 acts as a “second hit” to precipitate HIV-RD in children by infecting podocytes through an endocytosis mediated mechanism that increases the expression / activity of the APOL1-RA beyond their toxic threshold levels. In turn, these changes impair key endocytic, cell trafficking, acidification, and autophagy pathways that disrupt the homeostasis of podocytes and accelerate their dead, causing proteinuria and HIV-RD. To test this hypothesis, in aim 1 we will determine the phenotype of Drosophila Tg lines expressing APOL1-G0/G1/G2, and the HIV- genes Tat, Nef, and Vpr, specifically in nephrocytes, and assess how they affect their structure and function. In aim 2, we will define how APOL1-RA and HIV-genes interact in vivo to modulate the function of nephrocytes in dual Tg-fly lines, define whether APOL1-RA precipitate the death of nephrocytes expressing HIV-genes by affecting their autophagic flux, and perform RNA-Seq analysis to identify new transcriptional pathways that regulate these interactions. These findings will be validated in HIV-Tg26 mice carrying the autophagy reporter construct RFP-EGFP-LC3. In aim 3, we will select the best Drosophila model and perform an RNAi-based APOL1-HIV genetic interaction screening to identify new pathways that affect the function and survival of nephrocytes, determine how the APOL1-RA affect the infection of podocytes, and validate all clinical relevant findings in samples or tissues derived from children with HIV-RD. These studies will identify new mechanisms through which APOL1-RA and HIV-1 interact to infect podocytes and precipitate HIV-RD, and develop new clinically relevant Tg-fly models to a) study the pathogenesis of HIV-RD in children and young adults; b) develop a high throughput screening system to identify new genetic modulators of the APOL1-HIV interactions in vivo; and c) serve as future platforms to identify and screen new drug targets against HIV-RD.
项目概要 携带两个名为 G1 或 G2 的 APOL1 风险等位基因 (RA) 的个体的患病几率高出约 30 倍 HIV 肾病 (HIVAN) 与 HIV+ 对照相比。我们目前对 APOL1 的作用的了解 HIVAN 主要源自培养肾细胞的研究或临床遗传学研究,而新的 需要实验模型来更深入地了解 HIV-1 之间的相互作用 和体内的 APOL1-RA。我们的儿科肾脏病学项目一直在研究艾滋病毒肾病(HIV- RD)已有 25 年历史,并且处于填补这一空白的独特地位。最近,我们开发了果蝇APOL1-G0 和G1转基因(Tg)系,并发现APOL1-G1在肾细胞中异位表达(相当于 哺乳动物足细胞)增强了这些细胞的内吞活性和大小,损害了酸化 细胞内液泡,并加速其死亡。此外,我们发现 HIV-1 会诱导低水平的 通过动力依赖性内吞作用对 HIV+ 儿童培养的足细胞进行生产性感染 该机制独立于 CD4,并增加这些细胞中 APOL1-G1 的表达。 此外,我们发现 Tg 果蝇和培养的足细胞中 APOL1-G1 的过度表达会增加 GTPase 的活性涉及内吞作用、细胞骨架网络的调节和细胞运输。基于 根据这些发现,我们假设 HIV-1 是导致儿童出现 HIV-RD 的“第二次打击” 通过内吞作用介导的机制感染足细胞,从而增加表达/ APOL1-RA 的活性超出其毒性阈值水平。反过来,这些变化又削弱了关键 内吞、细胞运输、酸化和自噬途径会破坏细胞的稳态 足细胞并加速其死亡,导致蛋白尿和 HIV-RD。为了检验这个假设,目标 1 我们将确定表达 APOL1-G0/G1/G2 的果蝇 Tg 系的表型,以及 HIV- 基因 Tat、Nef 和 Vpr,特别是在肾细胞中,并评估它们如何影响其结构和功能。瞄准目标 2,我们将定义 APOL1-RA 和 HIV 基因如何在体内相互作用来调节肾细胞的功能 双 Tg-fly 系,通过以下方式确定 APOL1-RA 是否会促进表达 HIV 基因的肾细胞死亡 影响其自噬通量,并进行 RNA-Seq 分析以确定新的转录途径 调节这些相互作用。这些发现将在携带自噬报告基因的 HIV-Tg26 小鼠中得到验证 构建 RFP-EGFP-LC3。在目标 3 中,我们将选择最佳的果蝇模型并进行基于 RNAi 的 APOL1-HIV 遗传相互作用筛查,以确定影响功能和生存的新途径 肾细胞,确定 APOL1-RA 如何影响足细胞的感染,并验证所有临床相关 来自 HIV-RD 儿童的样本或组织中的发现。这些研究将确定新的 APOL1-RA 和 HIV-1 相互作用以感染足细胞并促进 HIV-RD 的机制,以及 开发新的临床相关 Tg-fly 模型,以 a) 研究儿童和青少年 HIV-RD 的发病机制 成年人; b) 开发高通量筛选系统来鉴定 APOL1-HIV 的新基因调节剂 体内相互作用; c) 作为未来识别和筛选 HIV-RD 新药物靶点的平台。

项目成果

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