Hepatitis C virus (HCV) infection is the most common blood-borne infection in the United States, leading in many cases to chronic liver disease. Here the authors show that an SNP recently identified to associate with response to HCV drug treatment also associates with viral clearance. This study identifies the strongest and most significant genetic effect associated with natural clearance of HCV, implicating a primary role for IL28B in this process. There are approximately 170 million people infected with hepatitis C virus (HCV) worldwide. About 30% of individuals with persistent HCV infection develop chronic liver disease, with various epidemiological, viral and host factors having been implicated in the differences in HCV clearance or persistence. Here, a single nucleotide polymorphism recently shown to be strongly associated with a difference in response to HCV drug treatment is also shown to be associated with viral clearance. Hepatitis C virus (HCV) infection is the most common blood-borne infection in the United States, with estimates of 4 million HCV-infected individuals in the United States and 170 million worldwide1. Most (70–80%) HCV infections persist and about 30% of individuals with persistent infection develop chronic liver disease, including cirrhosis and hepatocellular carcinoma2. Epidemiological, viral and host factors have been associated with the differences in HCV clearance or persistence, and studies have demonstrated that a strong host immune response against HCV favours viral clearance3,4. Thus, variation in genes involved in the immune response may contribute to the ability to clear the virus. In a recent genome-wide association study, a single nucleotide polymorphism (rs12979860) 3 kilobases upstream of the IL28B gene, which encodes the type III interferon IFN-λ3, was shown to associate strongly with more than a twofold difference in response to HCV drug treatment5. To determine the potential effect of rs12979860 variation on outcome to HCV infection in a natural history setting, we genotyped this variant in HCV cohorts comprised of individuals who spontaneously cleared the virus (n = 388) or had persistent infection (n = 620). We show that the C/C genotype strongly enhances resolution of HCV infection among individuals of both European and African ancestry. To our knowledge, this is the strongest and most significant genetic effect associated with natural clearance of HCV, and these results implicate a primary role for IL28B in resolution of HCV infection.

A selective advantage against infectious disease associated with increased heterozygosity at the human major histocompatibility complex [human leukocyte antigen ( HLA ) class I and class II] is believed to play a major role in maintaining the extraordinary allelic diversity of these genes. Maximum HLA heterozygosity of class I loci ( A , B , and C ) delayed acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) onset among patients infected with human immunodeficiency virus–type 1 (HIV-1), whereas individuals who were homozygous for one or more loci progressed rapidly to AIDS and death. The HLA class I alleles B*35 and Cw*04 were consistently associated with rapid development of AIDS-defining conditions in Caucasians. The extended survival of 28 to 40 percent of HIV-1–infected Caucasian patients who avoided AIDS for ten or more years can be attributed to their being fully heterozygous at HLA class I loci, to their lacking the AIDS-associated alleles B*35 and Cw*04 , or to both.

Natural killer (NK) cells provide defense in the early stages of the innate immune response against viral infections by producing cytokines and causing cytotoxicity1. The killer immunoglobulin-like receptors (KIRs) on NK cells regulate the inhibition and activation of NK-cell responses through recognition of human leukocyte antigen (HLA) class I molecules on target cells2 KIR and HLA loci are both highly polymorphic, and some HLA class I products bind and trigger cell-surface receptors specified by KIR genes. Here we report that the activating KIR allele KIR3DS1, in combination with HLA-B alleles that encode molecules with isoleucine at position 80 (HLA-B Bw4-80Ile), is associated with delayed progression to AIDS in individuals infected with human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1). In the absence of KIR3DS1, the HLA-B Bw4-80Ile allele was not associated with any of the AIDS outcomes measured. By contrast, in the absence of HLA-B Bw4-80Ile alleles, KIR3DS1 was significantly associated with more rapid progression to AIDS. These observations are strongly suggestive of a model involving an epistatic interaction between the two loci. The strongest synergistic effect of these loci was on progression to depletion of CD4+ T cells, which suggests that a protective response of NK cells involving KIR3DS1 and its HLA class I ligands begins soon after HIV-1 infection.

Natural killer (NK) cells provide a central defense against viral infection by using inhibitory and activation receptors for major histocompatibility complex class I molecules as a means of controlling their activity. We show that genes encoding the inhibitory NK cell receptor KIR2DL3 and its human leukocyte antigen C group 1 (HLA-C1) ligand directly influence resolution of hepatitis C virus (HCV) infection. This effect was observed in Caucasians and African Americans with expected low infectious doses of HCV but not in those with high-dose exposure, in whom the innate immune response is likely overwhelmed. The data strongly suggest that inhibitory NK cell interactions are important in determining antiviral immunity and that diminished inhibitory responses confer protection against HCV.

Allotypes of the natural killer (NK) cell receptor KIR3DL1 vary in both NK cell expression patterns and inhibitory capacity upon binding to their ligands, HLA-B Bw4 molecules, present on target cells. Using a sample size of over 1,500 human immunodeficiency virus (HIV)+ individuals, we show that various distinct allelic combinations of the KIR3DL1 and HLA-B loci significantly and strongly influence both AIDS progression and plasma HIV RNA abundance in a consistent manner. These genetic data correlate very well with previously defined functional differences that distinguish KIR3DL1 allotypes. The various epistatic effects observed here for common, distinct KIR3DL1 and HLA-B Bw4 combinations are unprecedented with regard to any pair of genetic loci in human disease, and indicate that NK cells may have a critical role in the natural history of HIV infection.

From studies of genetic polymorphisms and the rate of progression from human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infection to the acquired immunodeficiency syndrome (AIDS), it appears that the strongest susceptibility is conferred by the major-histocompatibility-complex (MHC) class I type HLA-B*35,Cw*04 allele. However, cytotoxic T-lymphocyte responses have been observed against HIV-1 epitopes presented by HLA-B*3501, the most common HLA-B*35 subtype. We examined subtypes of HLA-B*35 in five cohorts and analyzed the relation of structural differences between HLA-B*35 subtypes to the risk of progression to AIDS.

The CCR5 gene encodes a cell surface chemokine receptor molecule that serves as the principal coreceptor, with CD4, for macrophage-tropic (R5) strains of human immunodeficiency virus–type 1 (HIV-1). Genetic association analysis of five cohorts of people with acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) revealed that infected individuals homozygous for a multisite haplotype of the CCR5regulatory region containing the promoter allele, CCR5P1, progress to AIDS more rapidly than those with other CCR5promoter genotypes, particularly in the early years after infection. Composite genetic epidemiologic analyses of genotypes bearingCCR5P1, CCR5-Δ32,CCR2-64I, and SDF1-3′A affirmed distinct regulatory influences for each gene on AIDS progression. An estimated 10 to 17 percent of patients who develop AIDS within 3.5 years of HIV-1 infection do so because they are homozygous forCCR5P1/P1, and 7 to 13 percent of all people carry this susceptible genotype. The cumulative and interactive influence of these AIDS restriction genes illustrates the multigenic nature of host factors limiting AIDS disease progression.

Decline of peak viremia during acute HIV-1 infection occurs before the development of vigorous adaptive immunity, and the level of decline correlates inversely with the rate of AIDS progression, implicating a potential role for the innate immune response in determining disease outcome. The combined expression of an activating natural killer (NK) cell receptor, the killer immunoglobulin-like receptor (KIR) 3DS1, and its presumed ligand, human leukocyte antigen (HLA)–B Bw4-80I, has been associated in epidemiological studies with a slow progression to AIDS. We examined the functional ability of NK cells to differentially control HIV-1 replication in vitro based on their KIR and HLA types. NK cells expressing KIR3DS1 showed strong, significant dose- and cell contact–dependent inhibition of HIV-1 replication in target cells expressing HLA-B Bw4-80I compared with NK cells that did not express KIR3DS1. Furthermore, KIR3DS1+ NK cells and NKLs were preferentially activated, and lysed HIV-1 infected target cells in an HLA-B Bw4-80I–dependent manner. These data provide the first functional evidence that variation at the KIR locus influences the effectiveness of NK cell activity in the containment of viral replication.

Recent work has suggested that natural killer (NK) cells contribute to the control of HIV-1 infection through recognition of virally infected cells by both activating and inhibitory killer immunoglobulin-like receptors (KIRs). Alter et al. present evidence that NK cells select HIV escape mutants by an as-yet-undefined mechanism. This results in the inhibition of NK cell function, enabling HIV-1 to escape the potential protective role of this inhibitory KIR. Natural killer (NK) cells have an important role in the control of viral infections, recognizing virally infected cells through a variety of activating and inhibitory receptors1,2,3. Epidemiological and functional studies have recently suggested that NK cells can also contribute to the control of HIV-1 infection through recognition of virally infected cells by both activating and inhibitory killer immunoglobulin-like receptors (KIRs)4,5,6,7. However, it remains unknown whether NK cells can directly mediate antiviral immune pressure in vivo in humans. Here we describe KIR-associated amino-acid polymorphisms in the HIV-1 sequence of chronically infected individuals, on a population level. We show that these KIR-associated HIV-1 sequence polymorphisms can enhance the binding of inhibitory KIRs to HIV-1-infected CD4+ T cells, and reduce the antiviral activity of KIR-positive NK cells. These data demonstrate that KIR-positive NK cells can place immunological pressure on HIV-1, and that the virus can evade such NK-cell-mediated immune pressure by selecting for sequence polymorphisms, as was previously described for virus-specific T cells and neutralizing antibodies8. NK cells might therefore have a previously underappreciated role in contributing to viral evolution.

ABSTRACT Human Natural Killer (NK) cells are heterogeneous lymphocytes regulated by variegated arrays of germline-encoded activating and inhibitory receptors. They acquire the ability to detect polymorphic self-antigen via NKG2A/HLA-E or KIR/HLA-I ligand interactions through an education process. Correlations among HLA/KIR genes, kidney transplantation pathology and outcomes suggest that NK cells participate in allograft injury, but mechanisms linking NK HLA/KIR education to antibody-independent pathological functions remain unclear. We used CyTOF to characterize pre- and post-transplant peripheral blood NK cell phenotypes/functions before and after stimulation with allogeneic donor cells. Unsupervised clustering identified unique NK cell subpopulations present in varying proportions across patients, each of which responded heterogeneously to donor cells based on donor ligand expression patterns. Analyses of pre-transplant blood showed that educated, NKG2A/KIR-expressing NK cells responded greater than non-educated subsets to donor stimulators, and this heightened alloreactivity persisted > 6 months post-transplant despite immunosuppression. In distinct test and validation sets of patients participating in two clinical trials, pre-transplant donor-induced release of NK cell Ksp37, a cytotoxicity mediator, correlated with 2-year and 5-year eGFR. The findings explain previously reported associations between NK cell genotypes and transplant outcomes and suggest that pre-transplant NK cell analysis could function as a risk-assessment biomarker for transplant outcomes.