مواضيع المحاضرة:
background image

Unit 4: Virology

 

 

 

212

 

Lecture 9+10 - Retroviruses 

 
The retroviridae family is divided into seven genera .The 
genera which are important to human are delta retrovirus 
and lentivirus. 
 

Lentivirus 

Human immunodeficiency virus (HIV) 

Human immunodeficiency virus is a member of lentivrus 
which cause slow infection with long incubation period 
(AIDS). 
The acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) was 
first recognized in 1981. It is caused by the human 
immunodeficiency virus (HIV-1). HIV-2 causes a similar 
illness to HIV-1 but is less aggressive and restricted 
mainly to western Africa. 
HIV is one of the two important human T cell 
lymphotropic viruses. It preferentially infects and kills 
helper CD-4

+

 T cells leading to loss of cell mediated 

immunity and high probability of opportunistic infection. 
Other cells (macrophage and monocytes) can be infected 
also. 

 

General characteristic 

  HIV has a bar shaped core surrounded by an envelope 

contain type specific glycoprotein (gp 120, gp 41). 

 

 

 

  The genome consists of 2 identical molecules of SS, 

positive polarity RNA. 

  There are three typical retroviral genes gag, pol, and 

env, (encode the structural proteins), and six regulatory 
genes
Two of the regulatory genestat, and rev, are 
required for replication, and the other fournef, vif, vpr, 
and vpu, are not required for replication and are termed 
accessory genes. 

  The gag gene encodes the internal corer protein [(p24) (is 

the most important used in serology)], and p17 (matrix). 

  The pol gene encodes: 

1)  Virion reverse transcriptase. 
2)  Integrase. 
3)  Protease  

  The env gene encodes for gp 160 that is cleaved to gp 120 

(attachment to CD4) and gp 41(fusion with host cell). 
      

Regulatory genes: 

1)  Tat for activation of transcription of viral genes. 
2)  Rev for transport of late mRNA from nucleus to 

cytoplasm. 

3)  Nef .repress the synthesis of class I MHC proteins, 

thereby reducing the ability of cytotoxicT cells to kill HIV 
– infected cells. 

4)  Vif (viral infectivity) inhibit the action of APOBEC3G, an 

enzyme that cause hypermutation in retroviral DNA. 

5)  Vpr transports viral core from cytoplasm into nucleus in 

non-dividing cells. 

6)  Vpu enhances virion release from cell. 

 

Important antigens of HIV: 

1)  gp 120 and gp 41 are type specific envelop gp. HIV 

classified into 3 types (M, N, and O) .M is common types 
and contain 10 subtypes (A-J). The gene that encodes gp 
120 mutates rapidly, resulting in many antigenic variants. 
Antibody against gp 120 neutralizes the infectivity of 
HIV, but the rapid appearance of gp 120 variants will 
make production of an effective vaccine difficult. 

2)  The group-specific antigen, p24, is located in the core and 

antibody against p24 serves as important serologic 
markers of infection. 
 

Origion of HIV 

HIV-1 in humans originated from cross-species transmission 
of SIV

cpz

 (simian immunodeficiency virus of chimpanzee) 

while HIV-2 from SIV

sm 

(sm= Sooty mangabey) 

 

Disinfection and inactivation 

HIV is completely inactivated by treatment for 10 minutes 
at room temperature with any of the following: 10% 
household bleach, 50% ethanol, 35% isopropanol, 0.5% 
paraformaldehyde, 0.3 % H2O2.The virus inactivated by 
extreme pH(1,13).If HIV present in clotted or unclotted 
blood in a needle or syringe, exposure to undiluted bleach 
for at least 30 seconds is necessary for inactivation. HIV 
is readily inactivated in liquid or 10% serum by hearting 
at 56 c for 10 minutes. 

 


background image

Unit 4: Virology

 

 

 

211

 

Virus receptors  

Lentiviruses use CD4 molecule as a receptor, which is 
expressed on macrophages and T lymphocytes. A second 
core receptor in addition to CD4 is necessary for HIV-1 to 
gain entry to cells (required for fusion of the virus with 
cell membrane).The virus first bind to CD4 receptor and 
then to core receptor. The core receptors are CXCR4 for 
T-tropic strains and CCR5 for macrophage-tropic strains. 
 

Replicative cycle 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 


background image

Unit 4: Virology

 

 

 

211

 

Transmission 

1)  Sexual contact 
2)  Transfer of infected blood 
3)  From infected mother to neonate.50% of neonatal 

infection are acquired at time of birth.25% trancplacental 
and 25% via breast feeding. 

4)  Sharing needles in I.V drug addicts. 
5)  Transfer through body fluid e.g. saliva, tear. 
6)  The risk of infection after percutaneous exposure and 

needle- stick injuries is about 0.3% .This means that the 
infectious dose of HIV is high. 
 

Pathogenesis 

  HIV infects T

h

 cells and kills them, resulting in 

suppression of cell-mediated immunity. This predisposes 
the host to various opportunistic infections and certain 
cancers such as Kaposi ´s sarcoma and lymphoma. HIV 
doesn’t directly cause these tumors because HIV genes 
arte not found in these cancer cells. 

  Monocytes and macrophage play a major role in the 

dissemination and pathogenesis of HIV infection. 
Macrophage tropic strain HIV predominates in the early 
infection and these strains responsible for initial 
infection.T-tropic strain predominate later. It is believed 
that the monocyte and macrophage serve as major 
reservoirs for HIV in the body. 

  The initial infection of the genital tract occurs in dendritic 

cells that line the mucosa, after which the local CD-4

 + 

Th 

cells become infected .HIV,

 

is first found in the blood 4-11 

days after infection. 

  Neurologic abnormalities are common in late stages of 

infection and are AIDS-defining condition. The CNS 
diseases are HIV encephalopathy, peripheral 
neuropathies, and AIDS dementia complex. The 
predominant cell types in the brain that are infected with 
HIV are monocytes and macrophages. 

  B-cells abnormalities. Polyclonal activation of B cells is 

seen, with resultant high Ig levels. Autoimmune diseases, 
such as thrombocytopenia occur. 

 

Mechanisms that explain the death of Th cells in HIV 
infection. 
1)  
The immunologic attack of the HIV infected cells by 

Tc-CD-8 cells. 

2)  HIV acts as superantigen which activates many T

h

 

cells and leads to their death. 

 

 
 

A group of HIV infected individuals has lived for 
many years without opportunistic infection and 
without a reduction in the number of their T

h

 

CD4 cells. Why? 

1)  The strain of HIV isolated from these individuals has 

mutation in the Nef gene, indicating the importance of this 
gene in pathogenesis.    
The Nef protein decreases class I MHC protein synthesis, 
and the inability of the mutant virus to produce functional 
Nef protein allows the cytotoxic T cells to retain their 
activity. 

2)  Production of large amounts of ALPHA- defensins which 

has an antiviral activity in addition to its antibacterial 
activity.  
ALPHA-Defensins interfere with HIV binding to the 
CXCR4 receptor and block entry of the virus into the cell. 
 

Immunity  

1)  The main immune response to HIV infection consists of 

cytotoxic CD8-positive lymphocytes. These cells respond 
to the initial infection and control it for many years. It is 
the ultimate failure of these cytotoxic T cells that results 
in the clinical picture of AIDS.Cytotoxic T cells lose their 
effectiveness because so many CD4-helper T cells have 
died; thus , the supply of lymphokines, such as IL-2, 
required to activate the cytotoxic T cells is no longer 
sufficient. 

2)  HIV has three main mechanisms by which it evades the 

immune system:  

A.  Integration of viral DNA into host cell DNA, resulting in 

a persistent infection. 

B.  A high rate of mutation of the env gene. 
C.  The production of Tat and Nef proteins that downregulate 

class I MHC proteins required for cytotoxic T cells to 
recognize and kill HIV-infected cells. The ability of HIV 
to infect and kill CD4-positive helper T cells further 
enhances its capacity to avoid destruction by the immune 
system.  
 

Clinical finding 

The clinical picture of HIV infection can be divided into 
three stages: an early acute stage, a middle latent stage 
and a late immunodeficiency stage. 

  Acute stage: 

  Begins 2- 4 weeks after infection with mononucleosis –

like picture of fever, lethargy, sore throat, and generalized 
lymphadenoppathy occurs .Maculopapular rash on the 
trunk, arms, and legs (sparing the palms and soles). 

  Leukopenia with normal number of CD-4

+

 T cells. 


background image

Unit 4: Virology

 

 

 

211

 

  High level of viremia and the infection is highly 

transmissible. 

  This stage resolves spontaneously in about 2 weeks 

accompanied by a lower level of viremia and a rise in the 
number of CD-8

+

 T cells directed against HIV. 

  Abs against HIV typically appears 10-14 days after 

infection, and most will have seroconverted by 3-4 weeks 
after infection. Window period prior to this period in 
which the patient is infected with HIV but antibodies are 
not detected leading to false negative results and 87% of 
infected patients are asymptomatic. 

  After initial viremia a virus set point can occur which 

represents the amount of virus produced (viral load) and 
tend to remain constant for years. 

  Middle latent stage: 

  In untreated patient, this period lasts for 7-11 years and 

the patient is a symptomatic and viremia is low or absent. 

  A large amount of HIV is being produced by lymph node 

cells but remains sequestered within lymph nodes 

  A syndrome called AIDS-related complex (ARC) can 

occur during this stage and manifested by persistent fever, 
weight loss, fatigue and lymphadenopathy.ARC often 
progress to AIDS. 

  Late stage: 

  The late stage of HIV infection is AIDS , manifested by 

decline in the number of CD-4 cells to below 400/ µl  

  An increase in the frequency and severity of opportunistic 

infection. The two most important is pneumocystis 
pneumonia and Kaposi's sarcoma in addition to viral, 
fungal , and bacterial infections.Neurologic problems also 
occur e.g. dementia and neuropathy.  

 

Laboratory diagnosis: 

1)  The presumptive diagnosis of HIV is made by the 

detection of antibodies by ELISA. 

2)  Because there are some false –positive results with this test, 

the definitive diagnosis is made by Western blot analysis in 
which the viral proteins are displayed by acrylamide gel 
electrophoresis, transferred to nitrocellulose paper and react 
with patient´ s serum. If antibodies are present, they will 
bind to the viral proteins. Enzymatically labeled Ab to 
human IgG is then added .A color reaction reveals the 
presence of HIV Ab in the serum. 

3)  Ora Quick is a rapid screening immunoassay for HIV Ab 

detection within 20 minutes that uses a blood sample 
obtained by finger prick.  Positive Results confirmed by 
western blot test. 

4)  Tissue culture. To assess drug resistance and for the 

diagnosis of HIV infection in newborns whose mothers 
are HIV

+

5)  PCR to detect HIV DNA within infected cells and for 

detection of viral load.PCR also can be used in the 
diagnosis of HIV infection in neonate of HIV

+

 mothers. 

During the first month after infection, Ab tests may be 
negative (window periods).The diagnosis of acute HIV 
infection may not be made by using serologic tests. The 
presence of HIV can be detected either by viral culture, 
p24 antigen test, or PCR assay
. Approximately 10-20 
days after infection, an increase in HIV RNA can be 
detected by PCR assay and by 30 days after infection, an 
increase in p24 antigen can be seen in patients whose Ab 
test results are negative. 

 

Treatment  

  Management of HIV involves both treatment of the virus 

and prevention of opportunistic infections. The aims of 
HIV treatment are to:  

  reduce the viral load to an undetectable level (< 50 

copies/ml) for as long as possible  

  improve the CD4 count (above 200 cells/mm

3

 significant 

HIV-related events rarely occur)  

  increase the quantity and improve the quality of life 

without unacceptable drug-related side-effects or lifestyle 
alteration  

  Reduce transmission (mother-to-child & person-to-person).  

  Treatment with single drugs is liable to develop resistance 

to that drug because of high mutation rate in HIV. 

  The current treatment of choice for advanced disease is a 

regimen consisting of two nucleoside (-tide) reverse 
transcriptase inhibitors plus a protease inhibitor. This 
combination is known as HAART (Highly Active 
Antiretroviral Therapy). 

  In 2003, a new drug emerged, it is fusion inhibitors, and 

i.e. they prevent the fusion of the viral envelope with the 
cell membrane. The drug is called enfuvertide (Fuzeon).It 
is a synthetic peptide that binds to gp 41 on the viral 
envelope, thereby blocking the entry of HIV into the cell. 
It is given by injection. 
  Nucleoside (tide) reverse transcriptase inhibitors: 

1) Abacavir          2) Didanosine (dideoxyinosine, ddI) 
3) Lamivudine       4) Stavudine        5) Tenofovir 
6) Zalcitabine        7) Zidovudine (ZDV,AZT) 

  Non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NNRTI): 

1) Nevirapine    2) Delavirdine     3) Efavirenz  

  Protease inhibitors:  

1- Saquinavir           2- Ritonavir  
3- Nelfinavir            4- Indinavir 


background image

Unit 4: Virology

 

 

 

215

 

Human T-cell lymphotropic virus (HTLV-1) 

Human T-cell lymphotropic virus -1(HTLV-1) causes 2 
distinctly disease:  
a) A cancer called Adult T-cell leukemia /lymphoma 
(ATL). 
b) A neurologic disease called HTLV-associated 
myelopathy (HAM) (spastic paraperesis, chronic 
progressive myelopathy). 
HTLV-2 also appears to cause these diseases, but the 
association is less clearly documented. 

 

Important properties 

Two copies of SS positive polarity  RNA enveloped virus 
with reverse transcriptase in the virion.HTLV infects T 
cell lymphocyte and cause malignant transformation of 
the infected T cell but don’t kill them.  
 

HTLV genome 

HTLV genome is more stable than that of HIV. 
Three structural genes common to all retroviruses (gag, 
pol, env
 (gp 46, gp21)) plus two regulatory genestax 
and rex (similar in action to tat and rev). 
HTLV don’t possess an oncogene in its genome and does 
not integrate its proviral DNA at a specific site near a 
cellular oncogene, but it activate transcription of both 
cellular and viral mRNA synthesis by the Tax protein that 
initiates oncogenesis.The tax protein activates the 
synthesis of IL-2 and of the IL-2 receptors.IL-2 promotes 
rapid T-cell growth and eventually malignant 
transformation of the T-cell. 
 

Replicative cycle  

As for HIV. 
 

Transmission and epidemiology 

1)  Intravenous drug use. 
2)  Sexual contact. 
3)  Breast feeding  
4)  Blood transfusion. This can greatly reduced by screening 

of donated blood for antibodies to HTLV and discarding 
those that are positive. 

5)  Transmission by processed blood products, such as 

immunglobulins has not occurred. 

6)  Trancplacental transmission has been rarely documented. 
7)  Transmission is thought to occur primarily by the transfer 

of infected cells rather than free extracellular virus. 

8)  HTLV is endemic in certain geographic areas, The 

Caribbean region including southern fluoride, eastern 
South America, western Africa and Southern Japan. 

Pathogenesis  

  ATL in which HTLV infection of CD4-positive T 

lymphocytes induce malignant transformation. HTLV 
remain latent within malignant cells. 

  HAM is a demylinating disease of the brain and spinal 

cord, especially of the motor neuron in the spinal cord. 
HAM is caused either by an autoimmune cross-reaction in 
which the immune response against HTLV damage the 
neurons or by cytotoxic T cells that kill HTLV-infected 
neurons. 

 

Clinical feature 

1)  ATL 

It is characterized by lymphadenopathy, 
hepatosplenomegaly, lytic bone lesion, and skin lesions, 
hypocalcaemia due to increase osteoclast activity, 
opportunistic infections. 

2)  HAM 

Gait disturbance, weakness of the lower limbs, and low 
back pain, loss of bowel and bladder control, loss of 
motor function is much greater than sensory loss. HAM 
occurs primarily in women of middle age. HAM 
resembles multiple sclerosis but without the remission 
characteristic of multiple sclerosis. 
 

Laboratory diagnosis: 

1)  ELISA test for Ab detection in patient s serum. Positive 

test is confirmed by western blot assay  

2)  PCR assay for HTLV RNA or DNA within infected cells. 
3)  ATL is diagnosed by finding malignant T cells in the 

lesion. 

4)  HAM is diagnosed by HTLV Ab in the spinal fluid or 

finding HTLV nucleic acid in cells in spinal fluid. 

 

Treatment 

  There is no specific antiviral treatment for HTLV 

infection, and no antiviral drug will cure latent infections 
by HTLV. 

  ATL is treated with anti-cancer chemotherapy regimens 

  Corticosteroids and danazol have produced improvement 

in some patient with HAM. 

 

 
 
 
 
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 3 أعضاء و 119 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل