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Irene Hartl

• Die Entwicklung neuer Formen der Tumortherapie bleibt notwendig, solange die Heilung verschiedener solider metastasierender Tumore nicht möglich ist. Solch ein neuer Ansatz besteht in der Infektion des Tumors mit replikationskompetenten (retroviralen) Vektoren oder Viren. Um die Spezifität dieser Viren für die Tumorzellen zu erhöhen, wird in dieser Arbeit ein Konzept vorgestellt, dass die Tumor-spezifische Expression von Proteasen, im Besonderen von Matrix-Metalloproteasen (MMPs), zur Aktivierung des Maus Leukämievirus (MLV) ausnutzt (Protease-Targeting). Dazu wurde durch eine Blockierungsdomäne (CD40L) Nterminal vom infektionsvermittelnden MLV-Hüllprotein Env die Bindung an die Zelleintrittsrezeptoren verhindert. Eine Spaltstelle zwischen CD40L und Env ermöglicht die Entfernung der Blockierungsdomäne und damit die Aktivierung des Virus. Um eine Spaltstelle zu finden, die optimal auf das Proteasespektrum eines Tumors passt, wurde das zwischen CD40L und Env befindliche Linkerpeptid kombinatorisch diversifiziert und so eine Bibliothek von Retroviren erzeugt. Die Selektion dieser Bibliothek auf zwei unterschiedlichen Tumorlinien (HT1080, Fibrosarkom und U-87 MG, malignes Gliom) führte zur Anreicherung MMP-aktivierbarer Viren. Drei der mehr als 10 identifizierten Linkerpeptide (AKGLYK, PSGLYQ und PAGLHV) wurden im viralen Kontext näher charakterisiert. Für das Spaltmotiv PSGLYQ konnte MMP-2 als aktivierende Protease nachgewiesen werden. Für die Motive AKGLYK und PAGLHV erwies sich eine kummulative Spaltung durch eine Reihe von MMPs als wahrscheinlich. Um die Ausbreitung der Viren in Abhängigkeit der MMP-Expression zu zeigen, wurden verschiedene Zelllinien hinsichtlich ihrer Expression von MMP-2 und MMP-9 charakterisiert und in MMP-positive und MMP-negative Zelllinien eingeteilt. Durch Infektion dieser Zelllinien und anschließende Verfolgung der Virus-Ausbreitung konnte die konditionale Replikation der aktivierbaren Viren ausschließlich auf MMP-positiven Zellen nachgewiesen werden. Daher erreichten die Viren mit selektionierten Spaltmotiven im Gegensatz zum Parental- Virus, welches ein in der Literatur beschriebenes MMP-2-Spaltmotiv aus Kollagen (PLGLWA) präsentierte, die vollständige Infektion der Kulturen. Auch die Titer lagen etwa um das 1000fache höher. Die Replikationsgeschwindigkeit der aktivierbaren Viren mit AKGLYK und PSGLYQ Motiv erreichte annähernd die des unveränderten MLV, das Virus mit PAGLHV Motiv zeigte sogar eine identische Replikationskurve. In einem Tumor-Maus-Modell konnte die Ausbreitung der proteolytisch aktivierbaren Viren auch in der Umgebung eines soliden Tumors gezeigt werden. Sowohl nach Etablierung des Tumors aus zum Teil vorinfizierten Zellen, als auch nach Injektion von Viren in zuvor etablierte Tumore erfolgte sie für die selektionierten Viren genetisch stabil. Um die Verteilung der Viren im Organismus zu bestimmen, wurde ein Modell entwickelt, in dem ein vollständig infizierter Tumor als Virusquelle diente, und nach bestimmten Zeiträumen verschiedene Organe der Maus und ein zweiter aus uninfizierten Zellen etablierter Tumor per PCR auf Infektionen untersucht wurde. Hier zeigte sich, dass WT-MLV bis zu 20.000fach mehr Zellen in den Organen infizierte als die aktivierbaren Viren. Dagegen wurden Zellen in einem sekundären uninfiziert etablierten Tumor vom WT-MLV nur etwa 5fach besser infiziert als durch die aktivierbaren Viren. Das heißt, die selektionierten Viren erreichten ein hohes Maß an Tumortargeting. In der vorliegenden Arbeit wurden durch molekulare Evolution zum ersten Mal replizierende Retroviren hergestellt, die einen eingeschränkten und für Protease-positive Zellen spezifischen Tropismus aufwiesen. Die selektionierten Substrate glichen anderen, mit Hilfe von Peptid-Bibliotheken für MMPs identifizierten Motiven, jedoch konnten durch die Berücksichtigung des gesamten Proteasespektrums einer Zelllinie weitere Motive selektioniert werden, die durch bisherige Systeme nicht ermittelt werden konnten. Damit ergibt sich für die selektionierten MMP-aktivierbaren Viren durch die Kombination aus Targeting beim Zelleintritt und Replikation in der Targetzellpopulation, die für andere beschriebene Targetingsysteme nicht gegeben ist, eine echte Option für neue Wege in der Tumortherapie.