Phylogenetic dependency networks: Inferring patterns of adaptation in hiv

Jessen H, Rosenberg ES, Carrington M and Walker BD (2006). HLA alleles
associated with delayed progression to AIDS contribute strongly to the initial
CD8 T cell response against HIV-1. PLoS Medicine 3(10):e403.
28
,
108
,
114
[8] Aranzana MJ, Kim S, Zhao K, Bakker E, Horton M, Jakob K, Lister C, Molitor
J, Shindo C, Tang C, Toomajian C, Traw B, Zheng H, Bergelson J, Dean C,
Marjoram P and Nordborg M (2005). Genome-wide association mapping in
Arabidopsis identifies previously known flowering time and pathogen resistance
genes. PLoS Genetics 1(5):e60.
13
,
57
,
68
[9] Asquith B, Edwards CTT, Lipsitch M and McLean AR (2006).
Inefficient
cytotoxic T lymphocyte-mediated killing of HIV-1-infected cells in vivo. PLoS
Biology 4(4):e90.

152
[10] Asquith B and McLean AR (2007). In vivo CD8
+
T cell control of immunod-
eficiency virus infection in humans and macaques. Proceedings of the National
Academy of Sciences of the United States of America 104(15):6365.
[11] Atchley WR, Terhalle W and Dress A (1999). Positional dependence, cliques,
and predictive motifs in the bHLH protein domain. Journal of Molecular Evo-
lution 48(5):501–516.
10
,
11
[12] Atchley WR, Wollenberg KR, Fitch WM, Terhalle W and Dress AW (2000).
Correlations among amino acid sites in bHLH protein domains: an information
theoretic analysis. Molecular Biology and Evolution 17(1):164–178.
89
[13] Auranen M, Varilo T, Alen R, Vanhala R, Ayers K, Kempas E, Ylisaukko-Oja T,
Peltonen L and Jarvela I (2003). Evidence for allelic association on chromosome
3q25-27 in families with autism spectrum disorders originating from a subisolate
of Finland. Molecular Psychiatry 8(10):879–884.
13
[14] Baker B, Block B, Rothchild A and Walker B (2009). Elite control of HIV
infection: implications for vaccine design. Expert Opinion on Biological Therapy
9(1):55–69.
19
[15] Benjamini Y and Hochberg Y (1995).
Controlling the false discovery rate:
a practical and powerful approach to multiple testing. Journal of the Royal
Statistical Society - Series B: Statistical Methodology 57(1):289–300.
42
,
202
[16] Bernardin F, Kong D, Peddada L, Baxter-Lowe LA and Delwart E (2005).
Human immunodeficiency virus mutations during the first month of infection
are preferentially found in known cytotoxic T-lymphocyte epitopes. Journal of
Virology 79(17):11523–11528.
20
[17] Bhattacharya T, Daniels M, Heckerman D, Foley B, Frahm N, Kadie C, Carlson
J, Yusim K, McMahon B, Gaschen B, Mallal S, Mullins JI, Nickle DC, Herbeck

153
J, Rousseau C, Learn GH, Miura T, Brander C, Walker B and Korber B (2007).
Founder effects in the assessment of HIV Polymorphisms and HLA allele asso-
ciations. Science 315(5818):1583–1586.
11
,
12
,
16
,
23
,
24
,
25
,
28
,
29
,
30
,
32
,
63
,
71
,
72
,
84
,
86
,
87
,
90
,
93
,
95
,
112
,
113
[18] Bihl F, Frahm N, Di Giammarino L, Sidney J, John M, Yusim K, Woodberry
T, Sango K, Hewitt HS, Henry L, Linde CH, Chisholm I John V., Zaman TM,
Pae E, Mallal S, Walker BD, Sette A, Korber BT, Heckerman D and Brander
C (2006). Impact of HLA-B alleles, epitope binding affinity, functional avidity,
and viral coinfection on the immunodominance of virus-specific CTL responses.
J Immunol 176(7):4094–4101.
114
[19] Borrow P, Lewicki H, Wei X, Horwitz MS, Peffer N, Meyers H, Nelson JA, Gairin
JE, Hahn BH, Oldstone MB and Shaw GM (1997). Antiviral pressure exerted
by HIV-1-specific cytotoxic T lymphocytes (CTLs) during primary infection
demonstrated by rapid selection of CTL escape virus. Nature Medicine 3(2):205–
211.
20
,
21
[20] Brander C, Frahm N and Walker BD (2006). The challenges of host and viral
diversity in HIV vaccine design. Current Opinion in Immunology 18(4):430–437.
28
[21] Brockman MA, Schneidewind A, Lahaie M, Schmidt A, Miura T, DeSouza
I, Ryvkin F, Derdeyn CA, Allen S, Hunter E, Mulenga J, Goepfert PA,
Walker BD and Allen TM (2007). Escape and Compensation from Early HLA-
B57-Mediated Cytotoxic T-Lymphocyte Pressure on Human Immunodeficiency
Virus Type 1 Gag Alter Capsid Interactions with Cyclophilin A. Journal of
Virology 81(22):12608–12618.
22
,
29
,
104
,
105
,
106
,
113
,
114
[22] Brown AJ, Korber BT and Condra JH (1999). Associations between amino

154
acids in the evolution of HIV type 1 protease sequences under indinavir therapy.
AIDS Research and Human Retroviruses 15(3):247–253.
[23] Brumme ZL, Brumme CJ, Carlson JM, Streeck H, John M, Eichbaum Q, Block
BL, Baker B, Kadie C, Markowitz M, Jessen H, Kelleher AD, Rosenberg E,
Kaldor J, Yuki Y, Carrington M, Allen TM, Mallal S, Altfeld M, Heckerman
D and Walker BD (2008). Marked epitope- and allele-specific differences in
rates of mutation in human immunodeficiency type 1 (HIV-1) Gag, Pol, and
Nef cytotoxic T-lymphocyte epitopes in acute/early HIV-1 infection. Journal
of Virology 82(18):9216–9227.
75
,
102
,
108
,
109
,
110
,
114
[24] Brumme ZL, Brumme CJ, Heckerman D, Korber BT, Daniels M, Carlson J,
Kadie C, Bhattacharya T, Chui C, Szinger J, Mo T, Hogg RS, Montaner JSG,
Frahm N, Brander C, Walker BD and Harrigan PR (2007). Evidence of differen-
tial HLA class I-mediated viral evolution in functional and accessory/regulatory
genes of HIV-1. PLoS Pathogens 3(7):e94.
25
,
26
,
27
,
28
,
29
,
71
,
72
,
75
,
77
,
84
,
86
,
87
,
90
,
93
,
95
,
96
,
98
,
99
,
110
,
113
,
114
[25] Brumme ZL, Tao I, Szeto S, Brumme CJ, Carlson JM, Chan D, Kadie C,
Frahm N, Brander C, Walker B, Heckerman D and Harrigan PR (2008). Human
leukocyte antigen-specific polymorphisms in HIV-1 Gag and their association
with viral load in chronic untreated infection. AIDS 22(11):1277–1286.
26
,
71
,
75
,
77
,
84
,
90
,
98
,
113
,
114
,
115
,
116
,
198
[26] Bruno WJ (1996). Modeling residue usage in aligned protein sequences via
maximum likelihood. Molecular Biology and Evolution 13(10):1368–1374.
11
[27] Buck MJ and Atchley WR (2005). Networks of coevolving sites in structural
and functional domains of serpin proteins. Molecular Biology and Evolution
22(7):1627–1634.
11
,
65

155
[28] Bugawan TL, Klitz W, Blair A and Erlich HA (2000). High-resolution HLA
class I typing in the CEPH families: analysis of linkage disequilibrium among
HLA loci. Tissue Antigens 56(5):392–404.
29
[29] Butler MA and King AA (2004). Phylogenetic comparative analysis: a modeling
approach for adaptive evolution. The American Naturalist 164(6):683–695.
9
[30] Campbell CD, Ogburn EL, Lunetta KL, Lyon HN, Freedman ML, Groop LC,
Altshuler D, Ardlie KG and Hirschhorn JN (2005). Demonstrating stratification
in a European American population. Nature Genetics 37(8):868–872.
13
[31] Carlson J, Kadie C, Mallal S and Heckerman D (2007). Leveraging hierarchical
population structure in discrete association studies. PLoS One 2(7):e591.
12
,
13
,
23
,
34
,
36
,
37
,
45
,
71
,
80
,
86
,
87
,
90
,
95
,
110
,
118
[32] Carlson JM and Brumme ZL (2008).
HIV evolution in response to HLA-
restricted CTL selection pressures: a population-based perspective. Microbes
and Infection 10(5):455–461.
113
,
114
[33] Carlson JM, Brumme ZL, Rousseau CM, Brumme CJ, Matthews P, Kadie C,
Mullins JI, Walker BD, Harrigan PR, Goulder PJR and Heckerman D (2008).
Phylogenetic dependency networks: inferring patterns of CTL escape and codon
covariation in HIV-1 Gag. PLoS Computational Biology 4(11):e1000225.
37
[34] Carrington M and O’Brien SJ (2003). The influence of HLA genotype on AIDS.
Annual Review of Medicine 54(1):535–551.
19
,
20
[35] Chen L and Lee C (2006). Distinguishing HIV-1 drug resistance, accessory, and
viral fitness mutations using conditional selection pressure analysis of treated
versus untreated patient samples. Biology Direct 1(1):14.
12

156
[36] Cheng C and Pounds S (2007). False discovery rate paradigms for statistical
analyses of microarray gene expression data. Bioinformation 1(10):436–446.
204
,
228
[37] Chio A, Schymick JC, Restagno G, Scholz SW, Lombardo F, Lai SL, Mora
G, Fung HC, Britton A, Arepalli S, Gibbs JR, Nalls M, Berger S, Kwee LC,
Oddone EZ, Ding J, Crews C, Rafferty I, Washecka N, Hernandez D, Fer-
rucci L, Bandinelli S, Guralnik J, Macciardi F, Torri F, Lupoli S, Chanock
SJ, Thomas G, Hunter DJ, Gieger C, Wichmann HE, Calvo A, Mutani R, Bat-
tistini S, Giannini F, Caponnetto C, Mancardi GL, La Bella V, Valentino F,
Monsurro MR, Tedeschi G, Marinou K, Sabatelli M, Conte A, Mandrioli J, Sola
P, Salvi F, Bartolomei I, Siciliano G, Carlesi C, Orrell RW, Talbot K, Simmons
Z, Connor J, Pioro EP, Dunkley T, Stephan DA, Kasperaviciute D, Fisher EM,
Jabonka S, Sendtner M, Beck M, Bruijn L, Rothstein J, Schmidt S, Singleton
A, Hardy J and Traynor BJ (2009). A two-stage genome-wide association study
of sporadic amyotrophic lateral sclerosis. Human Molecular Genetics in press.
doi:10.1093/hmg/ddp059.
199
[38] Choi SS, Vallender EJ and Lahn BT (2006). Systematically assessing the in-
fluence of 3-dimensional structural context on the molecular evolution of mam-
malian proteomes. Molecular Biology and Evolution 23(11):2131–2133.
114
[39] Codo˜
ner FM and Fares MA (2008).
Why should we care about molecular
coevolution? Evolutionary Bioinformatics 4:237–246.
10
,
30
,
89
,
116
,
117
[40] Conaway MR (1990). A random effects model for binary data. Biometrics
46(2):317–328.
46
[41] Crawford H, Prado JG, Leslie A, Hue S, Honeyborne I, Reddy S, van der Stok
M, Mncube Z, Brander C, Rousseau C, Mullins JI, Kaslow R, Goepfert P,
Allen S, Hunter E, Mulenga J, Kiepiela P, Walker BD and Goulder PJR (2007).

157
Compensatory mutation partially restores fitness and delays reversion of escape
mutation within the immunodominant HLA-B*5703-restricted Gag epitope in
chronic human immunodeficiency virus type 1 infection. Journal of Virology
81(15):8346–8351.
20
,
104
,
105
,
109
,
110
[42] Dalmasso C, Broet P and Moreau T (2005). A simple procedure for estimating
the false discovery rate. Bioinformatics 21(5):660–668.
207
,
226
,
227
[43] Dangl JL and Jones JD (2001). Plant pathogens and integrated defence re-
sponses to infection. Nature 411(6839):826–833.
68
[44] Deeks SG and Walker BD (2007). Human immunodeficiency virus controllers:
mechanisms of durable virus control in the absence of antiretroviral therapy.
Immunity 27(3):406–416.
19
[45] Deforche K, Silander T, Camacho R, Grossman Z, Soares MA, Van Laethem K,
Kantor R, Moreau Y, Vandamme AM and on behalf of the non B Workgroup
(2006). Analysis of HIV-1 pol sequences using Bayesian networks: implications
for drug resistance. Bioinformatics 22(24):2975–2979.
15
,
117
[46] Degnan JH and Rosenberg NA (2006). Discordance of species trees with their
most likely gene trees. PLoS Genetics 2(5):e68.
[47] Dekker JP, Fodor A, Aldrich RW and Yellen G (2004). A perturbation-based
method for calculating explicit likelihood of evolutionary co-variance in multiple
sequence alignments. Bioinformatics 20(10):1565–1572.
89
[48] Delport W, Scheffler K and Seoighe C (2008).
Frequent toggling between
alternative amino acids is driven by selection in HIV-1.
PLoS Pathogens
4(12):e1000242.
12

158
[49] Dempster A, Laird N and Rubin D (1977). Maximum likelihood from incomplete
data via the EM algorithm. Journal of the Royal Statistical Society - Series B:
Statistical Methodology 39(1):1–38.
44
,
191
[50] Devlin B and Roeder K (1999). Genomic control for association studies. Bio-
metrics 55(4):997–1004.
13
[51] Devlin B, Roeder K and Wasserman L (2001). Genomic control, a new approach
to genetic-based association studies. Theoretical Population Biology 60(3):155–
166.
13
[52] Dominicus A, Skrondal A, Gjessing HK, Pedersen NL and Palmgren J (2006).
Likelihood ratio tests in behavioral genetics: problems and solutions. Behavior
Genetics 36(2):331–340.
[53] Draenert R, Allen TM, Liu Y, Wrin T, Chappey C, Verrill CL, Sirera G, El-
dridge RL, Lahaie MP, Ruiz L, Clotet B, Petropoulos CJ, Walker BD and
Martinez-Picado J (2006). Constraints on HIV-1 evolution and immunodomi-
nance revealed in monozygotic adult twins infected with the same virus. Journal
of Experimental Medicine 203(3):529–539.
20
,
21
[54] Draenert R, Le Gall S, Pfafferott KJ, Leslie AJ, Chetty P, Brander C, Holmes
EC, Chang SC, Feeney ME, Addo MM, Ruiz L, Ramduth D, Jeena P, Altfeld
M, Thomas S, Tang Y, Verrill CL, Dixon C, Prado JG, Kiepiela P, Martinez-
Picado J, Walker BD and Goulder PJ (2004). Immune selection for altered
antigen processing leads to cytotoxic T lymphocyte escape in chronic HIV-1
infection. Journal of Experimental Medicine 199(7):905–915.
20
,
99
,
105
,
109
[55] Duda A, Lee-Turner L, Fox J, Robinson N, Dustan S, Kaye S, Fryer H, Carring-
ton M, McClure M, Mclean AR, Fidler S, Weber J, Phillips RE, Frater AJ, and
the SPARTAC Trial Investigators (2009). HLA-associated clinical progression

159
correlates with epitope reversion rates in early human immunodeficiency virus
infection. Journal of Virology 83(3):1228–1239.
[56] Edwards BH, Bansal A, Sabbaj S, Bakari J, Mulligan MJ and Goepfert PA
(2002). Magnitude of functional CD8
+
T-cell responses to the Gag protein of
human immunodeficiency virus type 1 correlates inversely with viral load in
plasma. Journal of Virology 76(5):2298–2305.
115
[57] Efron B, Tibshirani R, Storey J and Tusher V (2001). Empirical Bayes analysis
of a microarray experiment. Journal of the American Statistical Association
96(456):1151–1160.
196
[58] Evans DM and Cardon LR (2006). Genome-wide association: a promising start
to a long race. Trends in Genetics 22(7):350–354.
[59] Falush D, Stephens M and Pritchard JK (2003). Inference of population struc-
ture using multilocus genotype data linked loci and correlated allele frequencies.
Genetics 164(4):1567–1587.
[60] Felsenstein J (1981). Evolutionary trees from DNA sequences: a maximum
likelihood approach. Journal of Molecular Evolution 17(6):368–376.
10
,
34
,
43
,
44
,
187
[61] Felsenstein J (1985). Phylogenies and the comparative method. The American
Naturalist 125(1):1–15.
6
,
7
,
9
,
23
,
117
[62] Felsenstein J (2004). Inferring Phylogenies. Sinauer Associates, Inc., Sunder-
land, MA.
9
[63] Felsenstein J (2005). PHYLIP (Phylogeny Inference Package) version 3.6. Tech.
rep., Department of Genome Sciences, University of Washington, Seattle, WA.
58

160
[64] Felsenstein J (2005). Using the quantitative genetic threshold model for in-
ferences between and within species. Philosophical Transactions of the Royal
Society of London B Biological Sciences 360(1459):1427–1434.
10
,
117
[65] Fischer W, Perkins S, Theiler J, Bhattacharya T, Yusim K, Funkhouser R,
Kuiken C, Haynes B, Letvin NL, Walker BD, Hahn BH and Korber BT (2007).
Polyvalent vaccines for optimal coverage of potential T-cell epitopes in global
HIV-1 variants. Nature Medicine 13(1):100–106.
28
[66] Fisher RA (1922). On the interpretation of χ
2
from contingency tables, and the
calculation of P. Journal of the Royal Statistical Society 85(1):87–94.
4
,
196
,
200
[67] Fodor AA and Aldrich RW (2004). Influence of conservation on calculations of
amino acid covariance in multiple sequence alignments. Proteins 56(2):211–221.
65
[68] Fossen T, Wray V, Bruns K, Rachmat J, Henklein P, Tessmer U, Maczurek A,
Klinger P and Schubert U (2005). Solution structure of the human immunodefi-
ciency virus type 1 p6 protein. Journal of Biological Chemistry 280(52):42515–
42527.
66
[69] Frahm N, Kiepiela P, Adams S, Linde CH, Hewitt HS, Sango K, Feeney ME,
Addo MM, Lichterfeld M, Lahaie MP, Pae E, Wurcel AG, Roach T, St John
MA, Altfeld M, Marincola FM, Moore C, Mallal S, Carrington M, Heckerman
D, Allen TM, Mullins JI, Korber BT, Goulder PJR, Walker BD and Brander
C (2006). Control of human immunodeficiency virus replication by cytotoxic
T lymphocytes targeting subdominant epitopes. Nature Immunology 7(2):173–
178.
[70] Frahm N, Linde C and Brander C (2006). Identification of HIV-derived, HLA

161
class I restricted CTL epitopes: insights into tcr repertoire, CTL escape and
viral fitness. In HIV Molecular Immunology, Korber BTM, Brander C, Haynes
BF, Koup R, Moore JP, Walker BD, and Watkins DI, Eds. Los Alamos National
Laboratory, Theoretical Biology and Biophysics, pp. 03–28.
99
,
109
,
115
,
116
[71] Freedman ML, Reich D, Penney KL, McDonald GJ, Mignault AA, Patterson N,
Gabriel SB, Topol EJ, Smoller JW, Pato CN, Pato MT, Petryshen TL, Kolonel
LN, Lander ES, Sklar P, Henderson B, Hirschhorn JN and Altshuler D (2004).
Assessing the impact of population stratification on genetic association studies.
Nature Genetics 36(4):388–393.
[72] Friedrich TC, Frye CA, Yant LJ, O’Connor DH, Kriewaldt NA, Benson M, Vo-
jnov L, Dodds EJ, Cullen C, Rudersdorf R, Hughes AL, Wilson N and Watkins
DI (2004). Extraepitopic compensatory substitutions partially restore fitness to
simian immunodeficiency virus variants that escape from an immunodominant
cytotoxic-T-lymphocyte response. Journal of Virology 78(5):2581–2585.
104
[73] Friedrich TC, Valentine LE, Yant LJ, Rakasz EG, Piaskowski SM, Furlott JR,
Weisgrau KL, Burwitz B, May GE, Leon EJ, Soma T, Napoe G, Capuano I
Saverio V., Wilson NA and Watkins DI (2007). Subdominant CD8+ T-cell
responses are involved in durable control of AIDS virus replication. Journal of
Virology 81(7):3465–3476.
114
[74] Fukami-Kobayashi K, Schreiber D and Benner S (2002). Detecting compen-
satory covariation signals in protein evolution using reconstructed ancestral se-
quences. Journal of Molecular Biology 319(3):729–743.
11
,
16
[75] Gao X, Bashirova A, Iversen AKN, Phair J, Goedert JJ, Buchbinder S, Hoots
K, Vlahov D, Altfeld M, O’Brien SJ and Carrington M (2005). AIDS restriction
HLA allotypes target distinct intervals of HIV-1 pathogenesis. Nature Medicine
11(12):1290–1292.
108

162
[76] Gaschen B, Taylor J, Yusim K, Foley B, Gao F, Lang D, Novitsky V, Haynes
B, Hahn BH, Bhattacharya T and Korber B (2002). Diversity considerations
in HIV-1 vaccine selection. Science 296(5577):2354–2360.
18
,
28
,
114
[77] Geldmacher C, Currier JR, Herrmann E, Haule A, Kuta E, McCutchan F,
Njovu L, Geis S, Hoffmann O, Maboko L, Williamson C, Birx D, Meyerhans
A, Cox J and Hoelscher M (2007). CD8 T-cell recognition of multiple epitopes
within specific Gag regions is associated with maintenance of a low steady-state
viremia in human immunodeficiency virus type 1-seropositive patients. Journal
of Virology 81(5):2440–2448.
115
[78] Genovese C and Wasserman L (2004). A stochastic process approach to false
discovery control. Annals of Statistics 32(3):1035–1061.
207
,
227
[79] Gilbert PB (2005). A modified false discovery rate multiple-comparisons proce-
dure for discrete data, applied to human immunodeficiency virus genetics. Jour-
nal of the Royal Statistical Society - Series C: Applied Statistics 54(1):143–158.
198
,
228
[80] Gobel U, Sander C, Schneider R and Valencia A (1994). Correlated mutations
and residue contacts in proteins. Proteins 18(4):309–317.
10
[81] Goepfert PA, Lumm W, Farmer P, Matthews P, Prendergast A, Carlson JM,
Derdeyn CA, Tang J, Kaslow RA, Bansal A, Yusim K, Heckerman D, Mulenga
J, Allen S, Goulder PJR and Hunter E (2008). Transmission of HIV-1 Gag im-
mune escape mutations is associated with reduced viral load in linked recipients.
Journal of Experimental Medicine 205(5):1009–1017.
74
[82] Goulder P, Bunce M, Krausa P, McIntyre K, Crowley S, Morgan B, Edwards
A, Giangrande P, Phillips R and McMichael A (1996). Novel, cross-restricted,
conserved, and immunodominant cytotoxic T lymphocyte epitopes in slow pro-

163
gressors in HIV type 1 infection.
AIDS Research and Human Retroviruses
12(18):1691–8.
[83] Goulder PJ, Altfeld MA, Rosenberg ES, Nguyen T, Tang Y, Eldridge RL,
Addo MM, He S, Mukherjee JS, Phillips MN, Bunce M, Kalams SA, Sekaly
RP, Walker BD and Brander C (2001). Substantial differences in specificity of
HIV-specific cytotoxic T cells in acute and chronic HIV infection. Journal of
Experimental Medicine 193(2):181–194.
27
,
108
[84] Goulder PJ, Phillips RE, Colbert RA, McAdam S, Ogg G, Nowak MA, Gian-
grande P, Luzzi G, Morgana B, Edwards A, McMichael AJ and Rowland-Jones
S (1997). Late escape from an immunodominant cytotoxic T lymphocyte re-
sponse associated with progression to AIDS. Nature Medicine 3(2):212–217.