Development of a highly sensitive and specific intact proviral DNA assay for HIV-1 subtype B and C
Ninée V.E.J. BuchholtzMarieke M. NühnT. C. M. de JongT. A. T. StienstraKavidha ReddyThumbi Ndung’uZaza M. NdhlovuKatie FisherSarah PalmerA. M. J. WensingJori SymonsMonique Nijhuis
6
Citation
41
Reference
10
Related Paper
Citation Trend
Abstract:
Abstract Introduction HIV reservoir quantification is essential for evaluation of HIV curative strategies and may provide valuable insights about reservoir dynamics during antiretroviral therapy. The Intact Proviral DNA Assay (IPDA) provides the unique opportunity to quantify the intact and defective reservoir. The current IPDA is optimized for HIV-1 subtype B, the dominant subtype in resource-rich settings. However, subtype C is dominant in Sub-Saharan Africa, jointly accounting for around 60% of the pandemic. We developed an assay capable of quantifying intact and defective proviral HIV-1 DNA of subtype B and C. Methods Primer and probe sequences were strategically positioned at conserved regions in psi and env and adapted to subtype B&C. In silico analysis of 752 subtype B and 697 subtype C near-full length genome sequences (nFGS) was performed to predict the specificity and sensitivity. Gblocks were used to determine the limit of blank (LoB), limit of detection (LoD), and different annealing temperatures were tested to address impact of sequence variability. Results The in silico analysis showed that the HIV-1 B&C IPDA correctly identified 100% of the intact subtype B, and 86% of the subtype C sequences. In contrast, the original IPDA identified 86% and 12% of these subtype B and C sequences as intact. Furthermore, the HIV-1 B&C IPDA correctly identified hypermutated (87% and 88%) and other defective sequences (73% and 66%) for subtype B and C with comparable specificity as the original IPDA for subtype B (59% and 63%). Subtype B cis-acting sequences were more frequently identified as intact by the HIV-1 B&C IPDA compared to the original IPDA (39% and 2%). The LoB for intact proviral DNA copies was 0, and the LoD for intact proviral DNA copies was 6 (> 95% certainty) at 60 °C. Quantification of 2–6 copies can be performed with > 80% certainty. Lowering the annealing temperature to 55 °C slightly lowered the specificity but prevented exclusion of samples with single mutations in the primer/probe region. Conclusions We developed a robust and sensitive assay for the quantification of intact and defective HIV-1 subtype B and C proviral DNA, making this a suitable tool to monitor the impact of (large-scale) curative interventions.Keywords:
Primer (cosmetics)
Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής μελετήθηκαν οι επιστημονικοί τομείς της Βιοπληροφορικής, της Υπολογιστικής Συστημικής Βιολογίας και της Μηχανικής Μάθησης με στόχο την αξιοποίησή τους σε προβλήματα του έντονα αναπτυσσόμενου και εξελισσόμενου χώρου της In Silico Ογκολογίας. Ο χώρος αυτός θέτει ως βασικό στόχο την ανάπτυξη υπολογιστικών μοντέλων ικανών να προσομοιώσουν την ανάπτυξη αλλά και την απόκριση στη θεραπεία καρκινικών όγκων. Κομβική συμμετοχή σε αυτές τις προσπάθειες έχει η Ομάδα για την In Silico Ογκολογία και την In Silico Ιατρική του Ερευνητικού Πανεπιστημιακού Ινστιτούτου Συστημάτων Επικοινωνιών και Υπολογιστών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΠΙΣΕΥ-ΕΜΠ) μέσω των πολυετών προσπαθειών ανάπτυξης μιας οικογένειας μοντέλων, των Ογκοπροσομοιωτών. Οι συγκεκριμένοι Ογκοπροσομοιωτές εστιάζουν κυρίως στην προσομοίωση των φαινομένων στο κυτταρικό και σε ανώτερα αυτού επίπεδα. Στην παρούσα διατριβή αναζητήθηκαν τα σημεία εκείνα όπου μέθοδοι της Βιοπληροφορικής, της Υπολογιστικής Συστημικής Βιολογίας και της Μηχανικής μάθησης μπορούν να συμβάλλουν στην εξειδίκευση των Ογκοπροσομοιωτών και στον μοριακό χώρο αλλά και στην αξιοποίησή τους για προβλεπτικές διαδικασίες σχετικά με την εξατομικευμένη απόκριση καρκινικών όγκων σε θεραπεία Προκειμένου να παρουσιαστούν οι δυνατότητες αυτές, επιλέχθηκαν συγκεκριμένες εφαρμογές και δόθηκε εστίαση στην περίπτωση της Οξείας Λεμφοβλαστικής Λευχαιμίας μέσω της χρήσης και μελέτης της επεκτασιμότητας του Ογκοπροσομοιωτή Λευχαιμίας. Συγκεκριμένα, αναπτύχθηκαν και εκπαιδεύτηκαν μέσω μεθόδων βελτιστοποίησης ένα μοντέλο Συστημικής Βιολογίας για την προσομοίωση της βιοχημικής ρύθμισης του κυτταρικού κύκλου στην Οξεία Λεμφοβλαστικής Λευχαιμίας και ένα μοντέλο προσομοίωσης της Φαρμακοκινητικής για το φάρμακο Πρεδνιζόνη, ικανά να τροφοδοτήσουν με πληροφορία τον Ογκοπροσομοιωτή. Επίσης μέσω μεθόδων Βιοπληροφορικής και Μηχανικής Μάθησης αναπτύχθηκε το Υβριδικό Σύστημα Ογκοπροσομοιωτή Λευχαιμίας, δηλαδή διαδικασίες για την αυτοματοποιημένη προσαρμογή του Ογκοπροσομοιωτή σε δεδομένα ασθενών αλλά και την πρόβλεψη της απόκρισης νέων ασθενών σε θεραπεία μέσω εκπαίδευσης επιμέρους μοντέλων μηχανικής μάθησης. Συγκεκριμένα, επιχειρήθηκε η πρόβλεψη της απόκρισης στην Πρεδνιζόνη, ασθενών με Οξεία Λεμφοβλαστική Λευχαιμίας, παιδικής ηλικίας, η οποία αποτελεί βασική πληροφορία για την διαστρωμάτωση των ασθενών σε ομάδες κινδύνου. Η πρωτότυπη προσπάθεια και η επαρκής επιτυχία πρόβλεψης μέσω του Υβριδικού Ογκοπροσομοιωτή αποτελούν σημαντικό βήμα για την περαιτέρω ανάπτυξη του χώρου της In Silico Ογκολογίας.
Cite
Citations (0)
Drug Development
Cite
Citations (14)
The application of structure-based in silico methods to drug discovery is still considered a major challenge, especially when the x-ray structure of the target protein is unknown. Such is the case with human G protein-coupled receptors (GPCRs), one of the most important families of drug targets, where in the absence of x-ray structures, one has to rely on in silico 3D models. We report repeated success in using ab initio in silico GPCR models, generated by the predict method, for blind in silico screening when applied to a set of five different GPCR drug targets. More than 100,000 compounds were typically screened in silico for each target, leading to a selection of <100 “virtual hit” compounds to be tested in the lab. In vitro binding assays of the selected compounds confirm high hit rates, of 12–21% (full dose–response curves, K i < 5 μM). In most cases, the best hit was a novel compound (New Chemical Entity) in the 1- to 100-nM range, with very promising pharmacological properties, as measured by a variety of in vitro and in vivo assays. These assays validated the quality of the hits as lead compounds for drug discovery. The results demonstrate the usefulness and robustness of ab initio in silico 3D models and of in silico screening for GPCR drug discovery.
Cite
Citations (146)
Cite
Citations (0)
Вступ. Об’єктом представленого дослідження є атристамін (2-метил-3-(феніламінометил)-1Н-хінолін-4-он), який вивчають як перспективний антидепресант із церебропротекторними, ноотропними, аналгетичними, антигіпоксичними та актопротекторними властивостями. Обов’язковою умовою подальшого впровадження його як кандидата в ліки є дослідження фармакокінетичних характеристик молекули. Це неможливо здійснити без цілісного розуміння процесів біотрансформації, яким піддається досліджувана сполука в організмі людини.
Мета дослідження – провести in silico дослідження можливих шляхів метаболізму перспективного антидепресанта атристаміну за допомогою онлайн-ресурсів, що перебувають у вільному доступі.
Методи дослідження. З метою in silico дослідження можливих напрямків біотрансформації атристаміну в організмі людини використовували он-лайн такі веб-сервіси: “Xenosite P450 Metabolism 1.0”; “Xenosite UGT 2.0”; “Way2Drug SOMP” та “Way2Drug RA”. З огляду на те, що структурною особливістю хінолін-4(1Н)-онів є можливість існування прототропної таутомерії в гетероциклі, обчислення проводили для обох теоретично можливих таутомерних форм молекули атристаміну – 2-метил-3-(феніламінометил)-1Н-хінолін-4-ону та 4-гідрокси-2-метил-3-(феніламінометил)-хіноліну.
Результати й обговорення. Наявність вторинної аміногрупи в молекулі 2-метил-3-(феніламінометил)-1Н-хінолін-4-ону і 4-гідроксигрупи в молекулі іншого таутомера (4-гідрокси-2-метил-3-(феніламінометил)-хіноліну) зумовлює високу ймовірність глюкуронування з утворенням, відповідно, N- та О-глюкуронідів. Для 2-метил-3-(феніламінометил)-1Н-хінолін-4-ону як більш стійкої форми показано, що основними шляхами метаболізму можуть бути ароматичне гідроксилювання, аліфатичне гідроксилювання, окиснювальне дезамінування, N-гідроксилювання та епоксидування. Найбільшої уваги заслуговує напрямок аліфатичного гідроксилювання, оскільки, на відміну від усіх інших шляхів, у результаті цього прогнозується утворення генерації метаболітів з новими фармакологічними властивостями (похідні кінуренової кислоти).
Висновок. Результати in silico дослідження можливих шляхів метаболізму атристаміну в організмі людини свідчать на користь того факту, що досліджувана сполука з високою ймовірністю інтенсивно метаболізується з участю ензимних систем цитохрому P450, що обов’язково необхідно врахувати в подальшому при плануванні експериментів in vivo.
Cite
Citations (0)
Предложено для более точной оценки in silico показателей ADMET лекарственных веществ использовать мультипликативную функцию принадлежности. Применимость новой метрики показана на примере прогноза кардиотоксичности. На платформе Drug Bank найдены три препарата с известной кардиотоксической активностью (Амиодарон, Флуоксетин, Терфенадин) и три препарата, не проявляющие кардиотоксических свойств (Папаверин, Пиридоксин, Левофлоксацин). С помощью программы PASS и on-line ресурса ADMET-PreServ Осуществлен мультипликативный и простой консенсусный прогноз кардиотоксических свойств шести указанных референсных препаратов и десяти новых соединений. Проведено сравнение прогностической способности двух метрик. Показано, что мультипликативная функция принадлежности как метрика оценки in silico наличия у химических соединений кардиотоксических свойств является более предпочтительной, чем простая консенсусная оценка. Разработанная метрика может быть рекомендована для оценки in silico других ADMET характеристик.
Cite
Citations (0)
This study describes in silico validation of the wet lab data from aeroplysinin-1, curcumin and halofuginone using Autodock Tools 4.0. The inhibition patterns of the vascular endothelial cell differentiation and capillary tube formation mediated by anti-angiogenic growth factors from these test compounds were found quite comparable with the in silico results using angiogenic targets (EFGR, bFGF and VEGFR-1). Successful validation of the wet lab results of the selected angiogenic targets by in silico method has led to exploit the hidden potential of in silico tools in preliminary screening of the unknown compounds for anti-angiogenic potential in a cost-effective manner.
AutoDock
Cite
Citations (10)
生命を維持するための根幹的な機能として細胞に組み込まれた「アポトーシス（細胞死）」は，その異常が癌やアルツハイマー病などの重篤な疾患の発症に密接に関わっていることから，近年，医学・薬学の分野で特に注目を集めている．また，アポトーシスの分子機構および制御機構の解明が進み，創薬ターゲットタンパク質分子も数多く見い出されており，今やアポトーシスは創薬の宝庫と言われるに至っている．一方，21世紀の医薬として，各人のゲノム体質に合った適正な治療，いわゆる“テーラーメイド医療”が期待されている．しかし，それを真に現実のものとするには，各人の疾患遺伝子の産物である創薬ターゲットタンパク質に対して最適な親和性をもつ医薬分子を理論的に創製することが求められる．これを可能とするにはコンピュータシミュレーション技術を取り入れた，これまでにない新しいin silico創薬方法論およびその手法を開発する必要がある．本稿では，我々が進めている創薬ゲノム科学と情報計算科学を融合した新しいin silico創薬の展開について，アポトーシス制御性リード化合物の創製を例に挙げながら紹介する．
Cite
Citations (0)
A large-scale in silico evaluation of gene deletions in Saccharomyces cerevisiae was conducted using a genome-scale reconstructed metabolic model. The effect of 599 single gene deletions on cell viability was simulated in silico and compared to published experimental results. In 526 cases (87.8%), the in silico results were in agreement with experimental observations when growth on synthetic complete medium was simulated. Viable phenotypes were correctly predicted in 89.4% (496 out of 555) and lethal phenotypes were correctly predicted in 68.2% (30 out of 44) of the cases considered. The in silico evaluation was solely based on the topological properties of the metabolic network which is based on well-established reaction stoichiometry. No interaction or regulatory information was accounted for in the in silico model. False predictions were analyzed on a case-by-case basis for four possible inadequacies of the in silico model: (1) incomplete media composition, (2) substitutable biomass components, (3) incomplete biochemical information, and (4) missing regulation. This analysis eliminated a number of false predictions and suggested a number of experimentally testable hypotheses. A genome-scale in silico model can thus be used to systematically reconcile existing data and fill in our knowledge gaps about an organism.
Cite
Citations (138)
Loop-mediated isothermal amplification(LAMP) technology has been applied in a wide range of 16 fields such as detection of foodborne bacteria and clinical pathogens due to its simplicity and 17 efficiency. However, existing LAMP primer designing systems require a conserved gene or a short 18 genome region as input, and they can't design group-specific primers. With the growing number of 19 whole genomes available, it is possible to design better primers to target a set of genomes with high 20 specificity based on whole genomes. We present here a whole Genome based LAMP Primer 21 Designer (GLAPD), a new system to design LAMP primer for a set of target genomes using whole 22 genomes. Candidate single primer regions are identified genome wide and then combined into LAMP 23 primer sets. For a given set of target genomes, only primer sets amplifying them and only these 24 genomes will be output. In order to accelerate the primer designing, a GPU version is provided as 25 well. The effectiveness of primers designed by GLAPD has been assessed for a wide range of 26 foodborne bacteria. GLAPD can be accessed at http://cgm.sjtu.edu.cn/GLAPD/ or 27 https://github.com/jiqingxiaoxi/GLAPD.git.
Primer (cosmetics)
Bacterial genome size
Cite
Citations (41)