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Zur Zeit basiert die Behandlung der Infektion mit dem Humanen-Immunschwäche-Virus (HIV) ausschließlich auf einer Chemotherapie, die das Virus nicht eradiziert, sondern in seiner Vermehrung hemmt. Diese Therapie muß lebenslang erfolgen. Die Wirksamkeit der Medikamente ist, auch in einer Kombinationstherapie, durch die Entwicklung von Resistenzen limitiert. Diese begründet sich zum einen in der Selektion resistenter Virusmutanten. Zum anderen weisen experimentell und in Studien gewonnene Ergebnisse auf die Beteiligung zellulärer Faktoren am Therapieversagen hin. Über die Rolle zellulärer Prozesse bei der Resistenzentwicklung gegen die in der HIV-1 Therapie eingesetzten Nukleosidalen-Reverse-Transkriptase-Inhibitoren ist jedoch noch wenig bekannt. NRTIs sind Prodrugs und werden durch zelleigene Kinasen aktiviert. Eine verminderte Expression oder Aktivität dieser Kinasen kann zu subtherapeutischen intrazellulären Wirkspiegeln führen. In der vorliegenden Arbeit wurden anhand einer T-lymphoiden Zellkultur (H9) die zellulären Mechanismen, die nach einer langdauernden Zidovudin (AZT) Exposition eine zelluläre AZT-Resistenz bewirken, und Methoden diese Resistenz zu umgehen bzw. zu verhindern, untersucht. Es zeigte sich, daß die kontinuierliche AZT-Exposition eine verminderte Expression der Thymidinkinase 1 (TK1) bewirkt. Dies führt zu einer verminderten AZT-Phosphorylierung und letztendlich zu geringeren Wirkstoffspiegeln des antiretroviral wirksamen Metaboliten AZT-Triphosphat (AZT-TP). In AZT resistenten H9 Zellen zeigte AZT eine verminderte Zytotoxizität, und eine um mehr als den Faktor 1000 verminderte antiretrovirale Aktivität. Als mögliche Ursachen für die verminderte Expression der TK1 wurden die DNA-Methylierung und die Histon-Deacetylierung, zwei Faktoren, die Hand in Hand die Genexpression auf transkriptioneller Ebene beinflussen, untersucht. AZT resistente Zellen zeigten in immunzytochemischen Färbungen eine starke Histon-Deacetylierung. Die Behandlung resistenter Zellen mit Trichostatin A (TSA), einem Hemmstoff der Histon-Deacetylierung führte jedoch nicht zu einer Erhöhung der TK1 mRNA-Spiegel. Die Behandlung resistenter Zellen mit 5-AZA-C, einem Inhibitor der Methyltransferase 1 (DNMT1) erhöhte sowohl die Expression der TK1 als auch die Zytotoxizität und die antiretrovirale Aktivität von AZT. Darüber hinaus verminderte die gleichzeitige Behandlung von H9 Zellen mit AZT und 5-AZA-C die Resistenzentwicklung gegen AZT erheblich. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß in den AZT resistenten Zellen die Expression der „de novo“ Methyltransferasen 3a und 3b (DNMT3a / 3b) erhöht ist. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, daß eine „de novo“ Methylierung des TK1-Gens durch die DNMT3a und DNMT3b die Ursache für die verminderte TK1 Expression in AZT resistenten H9 Zellen ist. Zusätzlich wurde in dieser Arbeit gezeigt, daß einige amphiphile Heterodinukleosidphosphate, die nach intrazellulärer Spaltung monophosphorylierte Nukleosidanaloga freisetzen, die AZT Resistenz überwinden können. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen vermuten, daß eine spezifische Hemmung der „de novo“ Methyltransferasen oder der Einsatz monophosphorylierter Substanzen die Wirksamkeit einer antiretroviralen Therapie erheblich verbessern können, indem sie zelluläre Faktoren, die eine Phosphorylierung von AZT vermindern und dadurch zum Versagen von AZT als antiretroviralem Therapeutikum führen, unterdrücken bzw. umgehen.
Ein gentherapeutischer Ansatz für die Behandlung der HIV-Infektion ist die "intrazelluläre Immunisierung" von CD4+-Zellen die den Hauptangriffspunkt des HI-Virus darstellen. Potentiell therapeutische Gene zur Hemmung der HIV-Replikation sind in großer Zahl und für praktisch jeden schritt des Replikationszyklus des Virus publiziert. Ein Problem war allerdings bisher das Fehlen eines einheitlichen und reproduzierbaren Vergleichssystems zur Identifizierung erfolgversprechender Gene für Studien im Tiermodell und in der Klinik. In dieser Arbeit wurde ein solches auf die Gentherapie abgestimmtes Zellkultursystem entwickelt, das auf stabilem Transfer von HIV-inhibitorischen Genen durch retrovirale Transduktion von T-Zellen und Belastungsversuchen mit replikationsfähigen Viren beruht. Dazu wurden auf Basis der humanen T-Zellinie PM1 Zellinien etabliert, die das Markergen egfp sowie ein therapeutisches Gen stabil exprimieren. Für den Gentransfer wurden [MLV(GaLV)]-Vektoren verwendet, die sich für die Transduktion von hämatopoetischen Zellen besonders eignen. Mit Hilfe der etablierten HIV-inhibitorischen Gene RevM10 und STHM (membrangebundenes T20) wurden Methoden zur Generierung dieser stabilen Zellinien optimiert. Um eine höchstmögliche Vergleichbarkeit zu erreichen, müssen die Voraussetzungen für eine HIV-Replikation in allen Zellinien in gleicher Weise gegeben sein. Deshalb wurden Zellinien bei mit praktisch gleicher Zellteilungsrate und HIV-Rezeptorexpression etabliert. Die untrschiedliche Hemmwirkung der Kontrollgene konnte so in Belastungsexperimenten mit drei verschiedenen, repräsentativen HIV-1-Laborstämmen reproduzierbar gezeigt werden. Das erarbeitete Zellkultursystem wurde dann zur Evaluierung verschiedener Gene eingesetzt. Zunächst wurden zwei neue Ansätze für die HIV-Gentherapie getestet. Die hohe Wirksamkeit von APOBEC3Gagm gegen HIV-1, die zuvor in einem "single-round"-Infektionssystem gezeigt worden war, konnte bestätigt werden. Der Versuch, das als natürlicher HIV-Inhibitor in humanem Hämofiltrat gefundene Peptild VIRIP auf der Zelloberfläche zu exprimieren, bewirkte hingegen keine HIV-Hemmung. Zusätzlich wurden mehrere potentiell therapeutische Gene getestet, die von Kooperationspartnern im Rahmen eines HIV-Netzwerkes entwickelt worden waren. Für die humanisierte transdominant-negative Gag-Mutante TDsg Delta 2 konnte eine HIV-Hemmwirkung nachgewiesen werden, während weder die Wildtyp-Mutante TDwt Delta 2 noch das minimale GAG-Fragment L2GAL2-V3 eine signifikante Wirkung zeigten. Für die beiden HIV-1 p6-Konstrukte L4 und L6 war eine HIV-Hemmung ebensowenig wie für die gp41 c-tail-Konstrukte 9/1 und 9/2 feststellbar. In weiteren Versuchen konnte gezeigt werden, daß sich die Hemmwirkung der unterschiedlichen Gene gegen HIV-1-Primärisolate im wesentlichen der gegen die Laborstämme entspricht. Nach Infektion der Zellinien mit HIV-2 wurde wie erwartet die Virusreplikation nur durch STHM und TDsg Delta 2 gehemmt. Schließlich wurde getestet, ob sich die Hemmeffekte auch in primären humanen Lymphozyten nachvollziehen lassen. Obwohl aufgrund der in diesen Zellen niedrigen erreichbaren Transduktionseffizienzen und einer starken Donorabhängigkeit keine Standardisierung möglich war, konnte gezeigt werden, daß es prinzipiell möglich ist, Hemmeffekte sichtbar zu machen.
Auxiliar-vermittelte Synthese von nicht-natürlichen Aminosäuren als Bausteine für RNA-Liganden
(2005)
In den letzten Jahren wurde deutlich, daß mRNAs regulatorische Elemente aufweisen.Ein Beispiel hierfür ist z. B. die Transkription des Human Immunodeficiency Virus Typ1 (HIV-1). Die Arginin-reiche Domäne des Tat-Proteins interagiert hierbei mit einer Bindungstelle innerhalb der Bulge-Region der TAR-RNA. Das Vorliegen des hochkonservierten Tat-TAR-Komplexes ist die Voraussetzung für die effiziente Transkription viraler Gene. Eine kompetitive Bindung synthetischer Liganden an die Bulge-Region sollte daher den viralen Vermehrungszyklus unterbrechen. Hochspezifische Liganden mit inhibitorischem Potential sind somit von größtem Interesse. Für eine hohe Liganden-Affinität sind neben ionischen Wechselwirkungen und HBrücken-Interaktionen vor allem auch Stapelwechselwirkungen (stacking) von entscheidender Bedeutung. Die Ligandensuche wurde auf Tripeptide fokussiert. Da die Anzahl natürlich vorkommender aromatischer Aminosäuren sehr limitiert ist,erfolgte im Rahmen dieser Arbeit zunächst eine stereoselektive Synthese von neuen,nicht-natürlichen Aminosäuren mit heteroaromatischen Seitenketten. Um den generellen Einsatz dieser Bausteine in kombinatorischen Bibliotheken zu demonstrieren,wurden zunächst Tripeptide des Musters Arg-X-Arg hergestellt. Bereits diese Tripeptide zeigten in einem Fluoreszenz-Assay inhibierende Effekte auf den Tat- TAR-Komplex von HIV-1 mit IC50-Werten von 2 - 80 µM. Diese vielversprechenden Liganden wiesen auch in einem Tat-TAR kontrollierten Reportergen-Assay stark inhibierende Wirkung in den Zellkulturen auf. Am Beispiel eines Peptides ließ sich mittels NMR-Spektroskopie eine Komplexkonformation bestimmen, die der des bekannten TAR-Argininamid-Komplexes entspricht. Durch den Einsatz von nichtnatürlichen und Standard-Aminosäuren in kombinatorischen Tripeptidbibliotheken (split and combine-Methode) konnte die Suche von potentiellen Peptid-Liganden um ein Vielfaches erweitert werden. Über ein on-bead-Screening ließen sich weitere vielversprechende TAR-bindende Tripeptide identifizieren. Die RNA-Ligandensuche wurde desweiteren auf die psi-RNA (HIV-1) und auf die mRNA des onkogenen bcr-abl Proteins ausgeweitet. Auch hier konnten einige RNA-bindende Tripeptide isoliert werden.