Identification of novel HIV-derived antigens

Massachusetts General Hospital, Boston MA

Investigators

Abstract

Abstract  HIV peptides processed and displayed by HIV-­infected cells constitutes the trigger for T cell immune recognition.  The paucity of conventional HIV peptides displayed by HIV-­infected cells (5% of total MHC-­peptides) contrasts  with  the  large  number  of  documented  HIV  immune  responses.  As  these  responses  are  identified  with  MHC-­ peptide-­tetramers, they bypass all steps of antigen processing and kinetics of peptide presentation defining the  surface peptidome of infected cells. To identify targets of immune clearance of truly infected cells, it is critical to  understand  HIV  antigen  processing,  and  specifically  steps  occurring  early  in  the  cytosol  of  CD4  T  cells  where  virus  is  delivered.  We  hypothesize  that  an  unconventional  mechanism  of  antigen  processing  yielding  spliced  peptides in the cytosol generates novel markers of early events of infection of CD4 T cells.   HIV peptides displayed by  MHC  come  from  the  intracellular  degradation of  HIV  antigens by proteasomes and  other  peptidases,  generating  the  pool  of  peptides  available  for  MHC  presentation.  Recent  studies  in  cancer,  Lysteria  and  self  proteomes  identified  spliced peptides, two non-­contiguous  degradation  peptides  reassemble  inside the proteasome during antigen processing. Cancer antigen-­derived and Lysteria-­derived spliced epitopes  elicited  cytolytic  CD8  T  cell  responses.  One  cancer  spliced  peptide  in  gp100  was  presented  by  MHC  as  abundantly as a conventional gp100 epitope and the immunogenicity of one Lysteria protein solely relied on two  spliced  peptides.  Thus,  spliced  peptides  are  a  significant  part of  the  repertoire  of  MHC-­peptides  (4-­25% of the  self peptidome), and CD8 T cells specific for spliced peptides clear abnormal cells.   We  present  the  first  identification  of  HIV-­derived  spliced  peptide  during  the  cytosolic  degradation  of  a  HIV  fragment  in  CD4  T  cell  extracts,  which  are  also  produced  endogenously  in  primary  HIV-­infected  CD4  T  cells.  Since peptide splicing requires proteasomes, it would occur during the degradation of incoming virions, or during  the degradation of HIV defective translation products, the earliest newly synthesized HIV translation products. If  peptide splicing represents 4-­25% of proteasomal degradation products, one would at least double the known  pool  of  HIV-­derived  MHC-­peptides  displayed  by  infected  cells,  which  would  guide  the  identification  of  novel  protective immune responses and open new opportunities for immunogen design.  Through  a  combination  of  biochemical  and  mass spectrometry  assays  to  follow  antigen  degradation, to  isolate  intracellular  and  MHC-­peptides  combined  with  powerful  bioinformatics  tools,  we  propose  to  1)  identify  unconventional  HIV-­derived  spliced peptides processed  and displayed  by  HIV-­infected  CD4  T  cells,  2)  assess  the  immunogenic  potential  of  HIV-­derived  spliced  peptides.  This  proposal  builds  on  the  expertise  of  the  PI  in  antigen  processing  and  mass  spectrometry  in  collaboration  with  bioinformatics  experts,  and  the  access  to  samples from cohorts of HIV-­infected persons from the Ragon Institute.