A 2.91-billion base pair (bp) consensus sequence of the euchromatic portion of the human genome was generated by the whole-genome shotgun sequencing method. The 14.8-billion bp DNA sequence was generated over 9 months from 27,271,853 high-quality sequence reads (5.11-fold coverage of the genome) from both ends of plasmid clones made from the DNA of five individuals. Two assembly strategies—a whole-genome assembly and a regional chromosome assembly—were used, each combining sequence data from Celera and the publicly funded genome effort. The public data were shredded into 550-bp segments to create a 2.9-fold coverage of those genome regions that had been sequenced, without including biases inherent in the cloning and assembly procedure used by the publicly funded group. This brought the effective coverage in the assemblies to eightfold, reducing the number and size of gaps in the final assembly over what would be obtained with 5.11-fold coverage. The two assembly strategies yielded very similar results that largely agree with independent mapping data. The assemblies effectively cover the euchromatic regions of the human chromosomes. More than 90% of the genome is in scaffold assemblies of 100,000 bp or more, and 25% of the genome is in scaffolds of 10 million bp or larger. Analysis of the genome sequence revealed 26,588 protein-encoding transcripts for which there was strong corroborating evidence and an additional ∼12,000 computationally derived genes with mouse matches or other weak supporting evidence. Although gene-dense clusters are obvious, almost half the genes are dispersed in low G+C sequence separated by large tracts of apparently noncoding sequence. Only 1.1% of the genome is spanned by exons, whereas 24% is in introns, with 75% of the genome being intergenic DNA. Duplications of segmental blocks, ranging in size up to chromosomal lengths, are abundant throughout the genome and reveal a complex evolutionary history. Comparative genomic analysis indicates vertebrate expansions of genes associated with neuronal function, with tissue-specific developmental regulation, and with the hemostasis and immune systems. DNA sequence comparisons between the consensus sequence and publicly funded genome data provided locations of 2.1 million single-nucleotide polymorphisms (SNPs). A random pair of human haploid genomes differed at a rate of 1 bp per 1250 on average, but there was marked heterogeneity in the level of polymorphism across the genome. Less than 1% of all SNPs resulted in variation in proteins, but the task of determining which SNPs have functional consequences remains an open challenge.

The first step in the infection of human T lymphocytes by human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is attachment to the target cell receptor, the CD4 antigen. This step may be vulnerable to attack by antibodies, chemicals, or small peptides. Dextran sulfate (molecular weight approximately 8000), which has been given to patients as an anticoagulant or antilipemic agent for more than two decades, was found to block the binding of virions to various target T lymphocytes, inhibit syncytia formation, and exert a potent inhibitory effect against HIV-1 in vitro at concentrations that may be clinically attainable in human beings. This drug also suppressed the replication of HIV-2 in vitro. These observations could have theoretical and clinical implications in the strategy to develop drugs against HIV types 1 and 2.

To produce concentrations of zidovudine (AZT) in plasma and cerebrospinal fluid that would provide constant inhibition of the replication of human immunodeficiency virus (HIV), we gave AZT by continuous intravenous infusion to 21 children ranging in age from 14 months to 12 years who had acquired HIV infection through transfusions or perinatally. All patients were symptomatic before AZT treatment (Class P2 of the Centers for Disease Control); 13 (62 percent) had evidence of neurodevelopmental abnormalities. The mean CD4/CD8 ratio was 0.18; 11 patients had CD4 counts below 0.2 x 10(9) per liter. We administered AZT at four dose levels: 0.5, 0.9, 1.4, and 1.8 mg per kilogram of body weight per hour. The plasma drug concentrations achieved at the respective dose levels were 1.9 +/- 0.3, 2.8 +/- 1.4, 3.1 +/- 1.1, and 4.5 +/- 1.0 microM. The steady-state cerebrospinal fluid:plasma ratio was 0.24 +/- 0.07. The only evidence of toxicity was bone marrow suppression. Transfusion was required in 14 patients because of low levels of hemoglobin (5 mmol per liter [less than 8 g per deciliter]). Dose-limiting neutropenia (less than 0.5 x 10(9) polymorphonuclear leukocytes per cubic millimeter) occurred in most patients who received doses of 1.4 mg per kilogram per hour or more. Improvement in neurodevelopmental abnormalities occurred in all 13 children who had presented with encephalopathy before treatment. Serial measurements of IQ before therapy and after three and six months of continuous therapy with AZT showed that IQ scores, including those for verbal and performance IQ, rose in these 13 patients and in 5 other children who had no detectable evidence of encephalopathy before treatment. Most patients also had increased appetite and weight, decreased lymphadenopathy and hepatosplenomegaly, decreased immunoglobulin levels, and increased numbers of CD4 cells. In some patients the improvement in the features of encephalopathy occurred despite the absence of immunologic improvement. We conclude that AZT is beneficial in children with symptomatic HIV infection, especially those with encephalopathy (which may be subclinical), and that the optimal continuous intravenous dose of AZT in children is between 0.9 and 1.4 mg per kilogram per hour.

Since patients with myeloma have serious abnormalities of humoral immunity, we applied an in vitro assay to determine the capacity of B lymphocytes to mature into immunoglobulin-secreting cells. In peripheral blood lymphocytes from 22 normal persons, geometric mean immunoglobulin synthesis was 4910 ng for IgM, 1270 ng for IgA and 1625 ng for IgG. The synthesis rates of peripheral blood lymphocytes of 22 patients with myeloma were 458 ng for IgM, 321 ng for IgA and 218 ng for IgG. Circulating mononuclear cells from three of six patients tested suppressed polyclonal immunoglobulin synthesis by cocultured normal lymphocytes. Suppressive activity was not mediated by purified T cells alone. Removal of phagocytic mononuclear cells from lymphocyte populations of one patient nullified suppressive activity. Removal of phagocytic mononuclear cells from lymphocyte populations of a second patient led to a nearly 10-fold increase in polyclonal immunoglobulin synthesis. Therefore, host suppressor cells may play a part in the decreased capacity of B lymphocytes to secret immunoglobulin in certain patients with myeloma.

We studied the clinical features of 11 patients with adult T-cell lymphoma associated with the human T-cell lymphoma virus. The patients were predominantly young, black, and born in the southeastern United States. They had an aggressive course, with the rapid onset of disseminated skin lesions or symptoms related to hypercalcemia and other metabolic disturbances, or both. Common findings included rapid enlargement of peripheral, hilar, and retroperitoneal lymph nodes, with sparing of the mediastinum; invasion of the central nervous system, lungs, or gastrointestinal tract; and opportunistic infections. A paraneoplastic syndrome characterized by increased bone turnover, abnormal bone scintigraphy, and hypercalcemia was present in all patients. Intensive combination chemotherapy produced prompt complete clinical remissions, which were generally of short duration. Similar features have been described in patients in Japan and the West Indies who had adult T-cell lymphoma, which is also associated with the human T-cell lymphoma virus. This syndrome should be suspected in patients presenting with the acute onset of widespread T-cell lymphoma in association with metabolic bone disease and hypercalcemia. The presence of the syndrome can be confirmed by appropriate serologic and virologic studies.

The purine analog 2′,3′-dideoxyinosine (ddI), which has anti-retroviral activity in vitro was administered for up to 42 weeks to 26 patients with acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) or severe AIDS-related complex (ARC). Ten of these individuals were AZT-intolerant. Eight dose regimens were studied. The drug was orally bioavailable and penetrated into the cerebrospinal fluid (CSF). Comparatively little evidence of an effect against human immunodeficiency virus (HIV) was seen at the lowest four doses. However, patients in the four highest dose groups (ddI at 1.6 milligrams per kilogram intravenously and then ≥ 3.2 milligrams per kilogram orally at least every 12 hours or higher) had increases in their circulating CD4 + T cells (P < 0.0005), increased CD4/CD8 T cell ratios (P < 0.01), and, where evaluable, more than an 80% decrease in serum HIV p24 antigen (P < 0.05). The patients also had evidence of improved immunologic function, had reduced viremic symptomatology, and gained a mean of 1.6 kilogram with these comparatively infrequent dosing schedules (every 8 or 12 hours). The most notable adverse effects directly attributable to ddI administration at the doses used in this study included increases in serum uric acid (due to hypoxanthine release) and mild headaches and insomnia. These results suggest that serious short-term toxicity at therapeutic doses is not an inherent feature in the profile of agents with clinical anti-HIV activity. Further controlled studies to define the safety and efficacy of this agent may be worth considering.

A recently discovered member of the human T-cell leukemia virus (HTLV) family of retroviruses has been etiologically linked to the acquired immune deficiency syndrome (AIDS). This virus, which has been designated HTLV-III, is tropic for OKT4-bearing (helper-inducer) T cells. Moreover, the virus is cytopathic for these cells. Suramin is a drug used in the therapy of Rhodesian trypanosomiasis and onchocerciasis, and it is known to inhibit the reverse transcriptase of a number of retroviruses. Suramin has now been found to block in vitro the infectivity and cytopathic effect of HTLV-III at doses that are clinically attainable in human beings.

We investigated the clinical pharmacokinetics of azidothymidine (N3TdR) as part of a phase I/II trial in the treatment of acquired immunodeficiency syndrome and related diseases. During the 6-week course of therapy, drug levels in plasma, cerebrospinal fluid, and urine were determined by HLPC. The plasma half-life of N3TdR was 1.1 hour. The total body clearance was 1.3 L/kg/hr. At intravenous doses of 5 mg/kg or oral doses of 10 mg/kg, plasma levels were continuously maintained above the target level of 1 μmol/L. Oral bioavailability was 63% ± 13%. Substantial penetration of N3TdR into cerebrospinal fluid was demonstrated. At doses of 5 mg/kg intravenously or 10 mg/kg orally, cerebrospinal fluid drug levels exceeded and were maintained close to 1 μmol/L. Nineteen percent of the administered dose was excreted unchanged into the urine. Renal clearance was 0.23 L/kg/hr. N3TdR possesses pharmacokinetic properties that would facilitate the long-term treatment of patients with acquired immunodeficiency syndrome: it can be given orally and it penetrates the central nervous system. Clinical Pharmacology and Therapeutics (1987) 41, 407–412; doi:10.1038/clpt.1987.49

Abstract

 Four patients with human-immunodeficiency-virus-associated neurological disease were treated with 3'-azido-3'-deoxythymidine (AZT). Three (two with chronic dementia, and one with chronic dementia and peripheral neuropathy) improved as assessed by clinical examination, psychometric tests, nerve conduction studies, and/or positron emission tomography; there was no improvement in the fourth patient who presented with paraplegia. These results support the hypothesis that certain AIDS-virus-associated neurological abnormalities are reversible by antiretroviral chemotherapy.

In the last 25 years, HIV-1, the retrovirus responsible for the acquired immunodeficiency syndrome (AIDS), has gone from being an “inherently untreatable” infectious agent to one eminently susceptible to a range of approved therapies. During a five-year period, starting in the mid-1980s, my group at the National Cancer Institute played a role in the discovery and development of the first generation of antiretroviral agents, starting in 1985 with Retrovir® (zidovudine, AZT) in a collaboration with scientists at the Burroughs-Wellcome Company (now GlaxoSmithKline). We focused on AZT and related congeners in the dideoxynucleoside family of nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NRTIs), taking them from the laboratory to the clinic in response to the pandemic of AIDS, then a terrifying and lethal disease. These drugs proved, above all else, that HIV-1 infection is treatable, and such proof provided momentum for new therapies from many sources, directed at a range of viral targets, at a pace that has rarely if ever been matched in modern drug development. Antiretroviral therapy has brought about a substantial decrease in the death rate due to HIV-1 infection, changing it from a rapidly lethal disease into a chronic manageable condition, compatible with very long survival. This has special implications within the classic boundaries of public health around the world, but at the same time in certain regions may also affect a cycle of economic and civil instability in which HIV-1/AIDS is both cause and consequence. Many challenges remain, including (1) the life-long duration of therapy; (2) the ultimate role of pre-exposure prophylaxis (PrEP); (3) the cardiometabolic side-effects or other toxicities of long-term therapy; (4) the emergence of drug-resistance and viral genetic diversity (non-B subtypes); (5) the specter of new cross-species transmissions from established retroviral reservoirs in apes and Old World monkeys; and (6) the continued pace of new HIV-1 infections in many parts of the world. All of these factors make refining current therapies and developing new therapeutic paradigms essential priorities, topics covered in articles within this special issue of Antiviral Research. Fortunately, there are exciting new insights into the biology of HIV-1, its interaction with cellular resistance factors, and novel points of attack for future therapies. Moreover, it is a short journey from basic research to public health benefit around the world. The current science will lead to new therapeutic strategies with far-reaching implications in the HIV-1/AIDS pandemic. This article forms part of a special issue of Antiviral Research marking the 25th anniversary of antiretroviral drug discovery and development, Vol. 85, issue 1, 2010.