Genetic diversity of the capsid protein coding region from the human immunodeficiency virus 1 (HIV-1) circulating in Angola: implications for the primary resistance to the novel capsid inhibitor Lenacapavir

Abstract

Abstract: By 2023, the HIV-1 pandemic was claiming around 630 thousand lives worldwide directly through AIDS related complications. This is even more egregious in Sub-Saharan Africa, where the pandemic has hit the hardest. In this region, where the first cases of HIV-1 emerged, an increased diversity of subtypes is often witnessed. Though, as a consequence of increased genetic diversity, there is also an increased risk of resistance to antiretroviral (ARV) drugs. In response to the growing pressure of ARV drug resistance a novel compound was approved in August and December of 2022 by both the European Medicines Agency (EMA) and the U.S. Food and Drug Administration (FDA), Lenacapavir (LEN). This potent long-acting molecule has an innovative target, the HIV-1 capsid, and was approved to treat highly treatment-experienced people living with multi-drug-resistant HIV. It is yet to be distributed and used in Sub-Saharan Africa, though it poses as a great tool to fight ARV drug resistance. In this work, HIV-1 proviral DNA in 243 blood samples from naïve HIV-infected patients admitted to the General Hospital of Benguela, in Angola, was used for sequencing of the capsid-encoding region. These blood samples were collected from August 2016 to January 2017 and were stored in Whatman™ Indicating FTA® Elute Micro Cards (Cytiva, USA). They were submitted to two protocols of nested PCR, originating 80 capsid nucleotide sequences obtained through Sanger sequencing of the products. Phylogenetic analysis was performed using a maximum likelihood tree, followed by a recombination analysis through bootscanning when evidence of genetic divergence was present. Finally, a resistance mutation assessment was conducted to evaluate the primary resistance to LEN. Results showed a great diversity of different pure subtypes and recombinant forms. Subtype C was the most common pure subtype (31.25%), followed by G (6.25%), A1 (5%), F1 (3.75%), A2 (1.25%), A6 (1.25%) and H (1.25%). Regarding recombinant forms, URF was the most common category (37,5%), followed by CRFs 02_AG (2.5%), 14_BG (2.5%), 18_cpx (2.5%), 45_cpx (2.5%) and 124_cpx (2.5%). Resistance-wise, only a single mutation was detected once, T107A, which confers low-level resistance to LEN. Polymorphism T107S was found in six different sequences but it is established that although in a resistance-mutation position, it does not confer reduced susceptibility to LEN. Considering Angola’s HIV-1 molecular epidemiology, the results of this work reinforce the concept/idea of a transition between the highly diverse Central Africa and the subtype-C-dominated Southern Africa. They also reveal the viability of using LEN for the treatment and prevention of HIV-1 infections in this region, considering the low level of primary resistance found.

Resumo: A pandemia associada ao VIH-1 continua a ser responsável pela morte de cerca de 630 mil pessoas em todo o mundo, diretamente através de complicações associadas à SIDA. Esta situação é particularmente grave na África Subsariana, onde a pandemia tem um maior impacto. Nesta região, onde terão surgido os primeiros casos de infeção pelo VIH-1, observa-se frequentemente uma maior diversidade de subtipos genéticos, aumentando o risco de resistência aos medicamentos antirretrovirais (ARV). Em resposta à crescente pressão da resistência aos ARVs, foi aprovado em agosto e dezembro de 2022, tanto pela Agência Europeia de Medicamentos (EMA), como pela U.S. Food and Drug Administration (FDA), um novo composto, o Lenacapavir (LEN). Esta molécula, de potência elevada e de ação de longa duração, tem um alvo inovador, a cápside do VIH-1, e foi aprovada para tratar pessoas com VIH multirresistente altamente tratadas. Ainda não foi distribuída e utilizada na África Subsariana, embora se apresente como uma ferramenta promissora no combate à resistência aos ARVs. Neste estudo, o ADN proviral de 243 amostras de sangue de doentes sem terapêutica prévia infetados com VIH-1 e atendidos no Hospital Geral de Benguela, em Angola, foi utilizado para a sequenciação nucleotídica da região que codifica a cápside do VIH-1. As amostras de sangue foram colhidas entre agosto de 2016 e janeiro de 2017 e conservadas em cartões Whatman™ Indicating FTA® Elute Micro (Cytiva, EUA). Foram submetidas a dois protocolos de nested PCR, resultando em 80 sequências de cápside obtidas através de sequenciação de Sanger. A análise filogenética foi realizada com recurso a uma árvore de máxima verosimilhança, seguida de uma análise de recombinação com recurso a bootscanning quando havia indícios de divergência genética. Por fim, foi realizada uma avaliação das mutações associadas a resistência para determinar a resistência primária ao LEN. Os resultados obtidos demonstraram uma grande diversidade de subtipos puros e formas recombinantes. O subtipo C foi o mais comum (31.25%), seguido de G (6.25%), A1 (5%), F1 (3.75%), A2 (1.25%), A6 (1.25%) e H (1.25%). Quanto às formas recombinantes, a categoria mais prevalente foi a de URF (37.5%), seguida das CRF 02_AG (2.5%), 14_BG (2.5%), 18_cpx (2.5%), 45_cpx (2.5%) e 124_cpx (2.5%). No que diz respeito à resistência, foi detetada apenas uma mutação, uma vez, T107A, que confere uma resistência de nível baixo ao LEN. O polimorfismo T107S foi identificado em seis sequências diferentes, estando estabelecido que, apesar de se encontrar numa posição associada a resistência, não confere suscetibilidade reduzida ao LEN. Relativamente à epidemiologia molecular do VIH-1 em Angola, os resultados deste trabalho apoiam a ideia de uma transição entre a diversidade genética elevada da África Central e a predominância do subtipo C no sul do continente. Revelam também a viabilidade do uso de LEN para o tratamento e prevenção das infeções pelo VIH-1 nesta região, considerando o nível baixo de resistência primária detetado