1 Einleitung

1.1  HIV

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Anfang der 1980`ger Jahre wurde von den Arbeitsgruppen um Luc Montagnier am Pasteur-Institut in Paris und Robert C. Gallo am National Institute of Health in Bethesda die humanen Immundefizienz-Viren HIV-1 und HIV-2 als Auslöser der erworbenen Immunschwäche AIDS identifiziert [Clavel et al. 1986, Gallo et al. 1984, Barre-Sinoussi et al. 1983, Gallo et al. 1983]. Diese Entdeckung zog eine enorme Forschungsaktivität nach sich, so dass heute viele Einzelheiten der Molekularbiologie und Pathogenese retroviraler Infektionen bekannt sind.

1.1.1  Morphologie

HIV-1 und HIV-2 sind bisher die alleinigen Vertreter der Lentivirusfamilie unter den humanpathogenen Retroviren. Infektionen durch Lentiviren verlaufen chronisch. Sie zeigen eine lange, klinische Latenzzeit, eine persistierende Virämie sowie eine Beteiligung des zentralen Nervensystems. HIV-1 und HIV-2 sind eng verwandt und weisen elektronenmikroskopisch die gleiche Morphologie auf, unterscheiden sich jedoch im Molekulargewicht ihrer Proteine und in der Anordnung der Regulatorgene auf dem Genom. HIV-1 wird in die drei Gruppen: M, N und O unterteilt. Die vorwiegend vorkommende HIV-1 Gruppe M (major) kann aufgrund von phylogenetischen Substrukturen in weitere Subtypen (A-D, F-H, J und K) unterteilt werden. Weltweit am häufigsten werden Subtyp C-Infektionen, in Nordamerika und Europa Subtyp B-Infektionen beobachtet. Bei HIV-2 unterscheidet man sechs Subtypen. HIV-2-Infektionen sind im Vergleich zu HIV-1-Infektionen seltener.

Die infektiösen Viruspartikel haben einen Durchmesser von etwa 100 nm (Abb. 1). Das Kapsid ist von einer Hüllmembran umgeben, die von der Zytoplasmamembran der Wirtszelle abgeleitet ist [Earl et al. 1990, Gelderblom et al. 1987]. In ihr sind die viralen Glykoproteine integriert. Das transmembrane Protein (TM, gp41) ist über eine Region von ca. 20 hydrophoben Aminosäuren in der Lipiddoppelmembran verankert. Das so genannte externe Glykoprotein (SU, gp120) ist über nichtkovalente Bindungen mit dem außerhalb der Membran gelegenen Teil von gp41 mit der Virusoberfläche verbunden. Beide Glykoproteine sind durch Zuckergruppen modifiziert und werden als ein gemeinsames Vorläuferprotein gebildet. Die Spaltung und Bildung des aminoterminalen, externen und carboxyterminalen, transmembranen Anteils erfolgt während der Virusmorphogenese durch eine zelluläre, mit dem endoplasmatischen Retikulum und dem Golgi-Apparat assoziierte Furin-Protease [McCune et al. 1988]. Die Matrixproteine (p17) sind über aminoterminal kovalent gebundene Myristinsäurereste mit der Innenseite der Hüllmembran verbunden. Die Matrixproteine verleihen dem Virion seine isometrische Struktur. Im Partikelinnern befindet sich das konische Viruskapsid, welches aus dem hydrophoben Kapsidprotein (p24) gebildet wird. Das Kapsidprotein sowie die Matrixproteine sind Komponenten der gruppenspezifischen Antigene (Gag-Proteine). Die Kapside beinhalten zwei identische RNA-Moleküle mit je einer daran gebundenen Primer-tRNA, die retrovirale Protease (PR), die Reverse Transkriptase (RT), die Integrase (IN) und das kleine phosphorylierte, basische Nukleokapsidprotein (NC, p7). Das Nukleokapsidprotein ist mit der viralen, genomischen RNA komplexiert. Das Link-Protein (LI) verbindet das Kapsid mit der Hüllmembran [Gelderblom 1991].

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Abb. 1: Schematischer Aufbau von HIV-1: SU = Oberflächen-(surface) Protein, RT = Reverse Transkriptase, TM = Transmembranprotein, IN = Integrase, CA = Kapsidprotein, MA = Matrixprotein, PR = Protease, NC = Nukleokapsidprotein, LI = Verbindungsprotein (link), CEL = Core-envelope linker, MHC = Major histocompatibility complex; Teil der Membran der Zelle, in der sich das Virus vermehrte, Modell: Gelderblom 1991.

1.1.2 Genomstruktur

Im Wesentlichen benötigen replikationskompetente Retroviren nur drei Gene: env (envelope), gag (group specific antigen) und pol (polymerase). Nach Integration der proviralen DNA in die chromosomale DNA, werden diese Gene von der LTR (long terminal repeat)-Region flankiert. Die env- und gag-Gene codieren für die Glykoproteine der Virushülle bzw. für die internen Strukturproteine, das pol-Gen für die viralen Enzyme Protease, Reverse Transkriptase und Integrase. Die ca. 9,5 kb große RNA von HIV-1, die ein für eukaryontische mRNA typisches 5`-Cap und einen 3`-Poly-A-Schwanz trägt, enthält zusätzlich noch 6 weitere Gene: vif, vpu, vpr, rev, nev und tat, die für regulatorische Proteine codieren (Abb. 2). Da nef, vif, vpr und vpu in vitro nicht wie tat und rev zur Replikation benötigt werden, bezeichnet man sie als akzessorische Gene.

Abb. 2: Aufbau des proviralen HIV-1 Genoms: Das provirale Genom wird von den LTR-Elementen flankiert. Die offenen Leseraster (ORF; open reading frame) sind in Form von Kästchen dargestellt und exprimieren folgende Genprodukte: Strukturgene gag (group specific antigen) und env (envelope), Enzyme der pol (polymerase)-Region, akzessorische Proteine vif (virion infectivity factor), vpr (viral protein R), vpu (viral protein U) und nef (negative factor) sowie die regulatorischen Proteine rev (regulator of expression) und tat (transactivator of transcription)

LTR (long terminal repeat)

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Die LTR-Bereiche des proviralen Genoms von HIV-1 bestehen aus zwei identischen DNA Sequenzen mit einer Länge von je ca. 600 Nukleotiden, die das provirale Genom flankieren. Man kann drei Bereiche der LTR unterscheiden: U3 (unique reg i on) am 3`-Ende der RNA, R (repeat region) und U5 (unique region) am 5`-Ende der RNA (Abb. 2). Diese Bereiche beinhalten die für die Transkription von Retroviren charakteristischen Promotor- und Enhancerregionen [Rosen et al. 1985].

Gruppenspezifische Antigene (Gag-Proteine)

Zu den gruppenspezifischen Antigenen von HIV-1 gehören insgesamt 6 Proteine (p17 = MA, p24 = CA, p7 = NC, p6 = LI, p1 und p2), die als gemeinsames Vorläuferprotein (p55, 55 kD) synthetisiert werden. Von der viralen Protease wird das Vorläuferprotein während der Virusmorphogenese in die einzelnen Komponenten gespalten [Henderson et al. 1992]. Die Funktionen der Proteine p17, p24 und p7 sind bereits erwähnt worden. p6 enthält Sequenzen für das Ablösen der frisch gebildeten Viruspartikel von der Zelloberfläche [Bess et al. 1992, South et al. 1990]. Die Funktionen von p1 und p2 sind noch unbekannt.

Enzyme (pol-Genprodukte)

Die viralen Enzyme Protease, Reverse Transkriptase und Integrase werden vom pol-Gen codiert. Da das pol-Gen nicht über einen eigenen Translationsstart verfügt, wird es als Fusionsprotein mit dem Gag-Protein translatiert. Die Translation des Pol-Proteins ist erst nach Verschiebung des ribosomalen Leserasters am Anfang der Proteasesequenz möglich. Dieses Ereignis findet bei ca. 5% der Translationsvorgängen statt [Reil et al. 1993]. Das Gag/Pol-Fusionsprotein wird am Aminoterminus acetyliert und kann über diesen Myrestinrest mit der Plasmamembran assoziieren. Die Spaltung in die funktionellen viralen Enzyme durch die virale Protease erfolgt überwiegend erst bei der Virusreifung (Maturation) nach der Abknospung von der Zelloberfläche.

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Protease: Die viruscodierte Protease führt die Proteolyse des Gag/Pol-Vorläuferproteins durch. Die ebenfalls in dem Polyprotein enthaltene Protease wird durch Autoproteolyse freigesetzt und prozessiert anschließend durch Hydrolyse weiterer Peptidbindungen des Fusionsproteins die virale Reverse Transkriptase und Integrase, sowie die Gag-Vorläuferproteine in die funktionell aktiven Gag-Proteine. Bei Blockierung dieses Prozesses werden morphologisch unreife, nicht-infektiöse Viren gebildet [von der Helm et al. 1996, Crawford & Goff 1985].

Reverse Transkriptase: Die Reverse Transkriptase ist eine RNA-abhängige DNA-Polymerase und katalysiert unter Verwendung des (+)-RNA-Genoms des Virus den Einbau von Desoxynukleotid-Triphosphaten (dNTP) in einen (-)-DNA-Strang [Baltimore 1970]. Zudem besitzt das Enzym eine RNase H-Aktivität mit der die Degradation der (+)-RNA von dem (-)-DNA-Strang katalysiert wird [Coffin 1990]. Der (+)-DNA-Strang wird mit Hilfe der DNA-abhängigen DNA-Polymerase Aktivität der RT generiert, es entsteht eine provirale, doppelsträngige DNA [Varmus & Swanstrom 1991].

Integrase: Die Integrase besitzt sowohl eine Endonuklease- als auch eine Ligase-Aktivität. Zusammen mit der Reversen Transkriptase, dem Matrixprotein und dem vpr-Protein als Bestandteil des Präintegrationskomplexes [Farnet & Haseltine 1991] wird die Integrase unter ATP-Verbrauch in den Zellkern transportiert [Gallay et al. 1995, Heinzinger et al. 1994, Bukrinsky et al. 1992]. Im Kern ist die Integrase für den Einbau der proviralen DNA in die chromosomale DNA verantwortlich („Strang Transfer Reaktion“ [Brown et al. 1989]).

Membranproteine (env-Genprodukte)

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Das Transmembran- (TM, gp41) und das Oberflächenprotein (SU, gp120) des viralen Hüllproteins wird vom env-Gen (envelope) codiert. Es wird als Vorläuferprotein (gp160) translatiert, im Golgi-Apparat glykosyliert und posttranslational von einer zellulären Protease (Furin) geschnitten. Die beiden Untereinheiten bleiben dabei durch nichtkovalente Wechselwirkungen untereinander verbunden. Der extrazelluläre Teil von gp41 enthält das für die Infektion notwendige „Fusionspeptid“. Gp120 enthält die Bindungsstellen für den CD4- und den Korezeptor [Lasky et al. 1987] und besitzt daneben die wichtigsten Determinanten für neutralisierende Antikörper [Javaherian et al. 1989]. Untersuchungen zur Transzytose von HIV-1 durch Epithelzellen haben gezeigt, dass gp120 die für den Transport notwendige Rezeptorbindung herstellt [Kage et al. 1998].

Struktur von gp120

Das gp120-Molekül weist eine komplexe Struktur auf, welche v.a. durch Disulfidbrücken bestimmt wird. Die Position dieser Disulfidbrücken ist bei allen bisher untersuchten Isolaten relativ konserviert [Leonard et al. 1990]. Durch diese Tertiärstruktur wird die Bindung an den zellulären CD4-Rezeptor ermöglicht und schafft die strukturellen Vorraussetzungen im Vorläufermolekül gp160 für dessen Spaltung [Travis et al. 1992]. Die Disulfidbrücken markieren einige charakteristisch positionierte und strukturierte Unterabschnitte (Domänen) von gp120 [Hoxie 1991, Leonard et al. 1990, Modrow et al. 1987]. In der Abbildung 3 ist die Struktur mit der Domäneneinteilung dargestellt. Die Domänen weisen eine sehr unterschiedlich ausgeprägte Variabilität auf. In den sogenannten hypervariablen Regionen oder hypervariablen Domänen (V1 bis V5) findet man einen Anteil an konservierten Aminosäuren von weniger als 30% [Starcich et al. 1986, Willey et al. 1986]. Die genetischen Veränderungen in den fünf hypervariablen Abschnitten scheinen weitgehend unabhängig voneinander zu erfolgen [Pedroza Martins et al. 1992]. Die strukturelle Variabilität der Domänen V1 bis V3 ist größer als die der Domänen V4 und V5 [Lee et al. 1995]. Zwischen den hypervariablen Regionen liegen jeweils konserviertere Sequenzabschnitte (C1 bis C5).

Abb. 3: Schematische Darstellung des gp120 (von HIV-1 IIIb) (nachBack 1993, Leonard et al. 1990): Die römischen Ziffern markieren die fünf durch Disulfid-Brücken begrenzten Domänen. Die fünf hypervariablen bzw. konservierten Regionen nach Modrow[Modrow et al. 1987] sind mit V1 bis V5 bzw. C1 bis C5 bezeichnet. Die den hypervariablen Regionen zugehörigen Aminosäuren sind zusätzlich in Kästen gesetzt. Die an der Bildung der CD4-Bindungsstelle beteiligten Aminosäuren sind vergrößert (schwarzer Kreis) dargestellt. Die verzweigten Fortsätze am Aminosäure-Strang repräsentieren Glykosylierungsstellen.

Transaktivatoren (Tat und Rev)

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Die regulatorischen Proteine Tat (transactivator of transcription) und Rev (regulator of viral expression) akkumulieren im Zellkern der infizierten Zellen und binden dort an spezifische Sequenzen der proviralen DNA. Durch die Bindung von Tat erhöht sich die Menge an kompletten viralen Transkripten (virale RNA und mRNA für Gag, Gag-Pol und Env), durch Rev wird die Genexpression viraler Strukturproteine und Enzyme reguliert.

Akzessorische Proteine

Das lentivirale vif -Gen (viral infectivity factor) codiert für ein stark konserviertes Protein, das für die effektive Reifung der Virionen nach Verlassen der Zellen notwendig zu sein scheint.

Das Vpr- Protein (viral protein R) scheint am Transport des Präintegrationskomplexes zum Nukleus beteiligt zu sein.

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Das Vpu-Protein (viral protein unknown) verhindert die Komplexbildung des neu synthetisierten gp160 mit dem CD4-Protein im Bereich des endoplasmatischen Retikulums (ER) und des Golgi-Apparates, sodass CD4 degradiert und seine Oberflächenexpression verhindert wird [Willey et al. 1992]. Weiter ist das Vpu-Protein, welches kein Homolog in HIV-2 besitzt, für den effizienten Transport der Virionen aus der Zelle verantwortlich [Klimkait et al. 1990, Terwilliger et al. 1989].

Das früh im Replikationszyklus produzierte Nef-Protein induziert in den Zellen eine schnelle Herabregulierung von CD4 und MHC (Major Histocompatibility Complex)-Klasse I-Antigenen durch Endozytose [Collins et al. 1998, Aiken et al. 1994]. Hierdurch wird eine Superinfektion der Zellen verhindert, die Interaktion mit antigenpräsentierenden Zellen wird gestört und ein „Entkommen“ vor dem Angriff zytotoxischer T-Zellen begünstigt [Harris 1999].

1.1.3 Replikation von HIV-1

Die Infektion der Zelle erfordert die spezifische Bindung des viralen Oberflächenmoleküls gp120 an das CD4-Molekül der Zielzelle, dem primären und notwendigen Rezeptor von HIV [McDougal et al. 1986, Dalgleish et al. 1984, Klatzmann et al. 1984]. CD4 ist ein monomeres Glykoprotein mit einer Größe von 58 kD und befindet sich auf der Oberfläche von CD4+-Zellen wie T-Zellen, Monozyten, Makrophagen, dendritische Zellen und Gliazellen. CD4 ist der natürliche Ligand der MHC (Major Histocompatibility Complex)-Klasse II-Moleküle [Doyle & Strominger 1987]. Untersuchungen an CD4 exprimierenden murinen Fibroblasten zeigten, dass für eine effektive HIV-Infektion mindestens ein weiterer Zelloberflächenfaktor notwendig ist [Maddon et al. 1986]. Die Chemokinrezeptoren wurden kurze Zeit später als diese zellulären Kofaktoren charakterisiert. Die beiden für den Eintritt von HIV-1 in die Wirtszelle wichtigsten Korezeptoren sind CXCR4 [Endres et al. 1996, Feng et al. 1996] und CCR5 [Alkhatib et al. 1996, Choe et al. 1996, Deng et al. 1996, Doranz et al. 1996, Dragic et al. 1996]. Als Korezeptor T-zelltroper HIV-Isolate dient der CXCR4-Rezeptor [Feng et al. 1996], CCR5 wird von monozytotropen HIV-Isolaten [Deng et al. 1996, Doranz et al. 1996, Dragic et al. 1996] bevorzugt. CXCR4 ist der natürliche Rezeptor für das Chemokin SDF-1 (stromal cell-derived factor 1) [Bleul et al. 1996, Oberlin et al. 1996]), während CCR5 als Rezeptor sowohl für MIP-1 alpha und MIP-1 beta (macrophage inhibitory protein) als auch für RANTES (regulated upon activation T-cell expressed and secreted) dient [Murphy 1996]. Diese Chemokine konkurrieren mit HIV um die Bindungsstelle am Korezeptor und sind somit in der Lage, Zellen vor einer Infektion mit HIV zumindest partiell zu schützen [Bleul et al. 1996, Oberlin et al. 1996]. Neben diesen Chemokinrezeptoren scheint es noch weitere Korezeptoren wie z.B. CCR3 von Mikrogliazellen zu geben. CXCR4 und CCR5 sind jedoch die prädominanten Korezeptoren. Die Interaktion zwischen den Virushüllproteinen mit den zellulären Rezeptoren kann man wie folgt erklären: Gp120 bindet an CD4, dadurch wird eine Änderung der Konfirmation des gp120 induziert. Diese Änderung ermöglicht eine Interaktion des V3-Loops von gp120 mit dem jeweiligen Chemokinrezeptor und ist Vorraussetzung für die nachfolgende Membranfusion [Doms & Peiper 1997]. Gp41 spielt bei dieser Fusion der Virusmembran mit der Wirtszellmembran eine zentrale Rolle. Hier kommt es ebenfalls zu einer Konformationsänderung, wobei es zu einer Insertion des hydrophoben NH-terminalen Endes in die Membran der Zielzelle kommt. Dieser Vorgang leitet die Fusion der viralen und zellulären Lipidmembranen ein. Durch die Verschmelzung der Membranen wird das Capsid in das Zytoplasma freigesetzt (Uncoating). Damit befindet sich der mit dem Kapsid und einem Teil der Matrixproteine assoziierte Nukleoproteinkomplex im Zytoplasma der Wirtszelle [Bukrinsky et al. 1993, Farnet & Haseltine 1991, Bowerman et al. 1989].

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Die nun folgende Umwandlung der viralen RNA in provirale DNA im Zytoplasma der CD4+-Zelle mittels der Reversen Transkriptase ist ein kritischer Schritt im Lebenszyklus des Virus. Nach Eintritt von HIV in eine ruhende CD4+ T-Zelle und nach reverser Transkription der viralen RNA liegt das HIV-Genom nach Transport als Präintegrationskomplex in den Zellkern als provirale, nicht-integrierte HIV-DNA vor. Eine Aktivierung der infizierten Zelle ermöglicht erst die Integration der proviralen DNA durch das virale Enzym Integrase in die chromosomale DNA. Erst jetzt kann die Synthese neuer Virionen stattfinden [Zack et al. 1990]. Latent infizierte, ruhende CD4+ T-Zellen, die nicht-integrierte provirale DNA enthalten, stellen neben Monozyten, Makrophagen und Zellen des ZNS wichtige langlebige Virusreservoire dar [Chun et al. 1997].

Die Synthese neuer Virionen beginnt mit der Transkription der viralen mRNAs vom Provirus durch die zelluläre DNA-abhängige RNA-Polymerase II. Initiiert wird die Transkription durch die Bindung zellulärer Transkriptionsfaktoren, wie z.B. NF-κB, die nach der Aktivierung der Zelle durch Mitogene oder Zytokine induziert und in den Zellkern transportiert wurden, an ihre Bindungsstellen in der HIV-LTR. Diese initiale frühe Transkription führt zur Synthese der frühen regulatorischen HIV-Proteine wie z.B. Tat oder Rev. Die vollständigen HIV-Transkripte enthalten ein 5`-Cap und ein Poly-A-Ende und dienen sowohl als genomische RNA der neuen Virionen, als auch als mRNA für die Translation der Gag- und Gag-Pol-Polyproteine. Es entstehen weiter mehr als 30 alternativ gespleisste mRNAs, von denen die Env-Glykoproteine und die regulatorischen Proteine translatiert werden.

Abb. 4: Lebenszyklus von HIV innerhalb einer CD4+ T-Zelle: Darstellung der Vorgänge, die bei der HIV-Infektion einer CD4+ T-Zelle ablaufen. Zunächst gelangt das Virus nach Bindung an den CD4- und den Chemokin-Rezeptor in das Zytoplasma der Zelle. Nach Freisetzung des RNA-Genoms wird dieses durch die Reverse Transkriptase (RT) in doppelsträngige DNA umgeschrieben. Im Zellkern vermittelt die virale Integrase (IT) die Integration der Virus-DNA in das Zellgenom. Die Provirus-DNA wird im Zellkern durch die zelluläre RNA-Polymerase II transkribiert und die Proteine im Zytoplasma translatiert. Tat, rev und nef führen nach Rücktransport in den Zellkern zu einer verstärkten Transkription. Es kommt zu einer Zusammenlagerung der Virusbausteine und des viralen RNA-Genoms mit anschließender Freisetzung unreifer Viruspartikel, die nach einer Reifung zu infektiösen Partikeln werden.

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Der Zusammenbau der Viruspartikel findet an der Plasmamembran statt. Der erste Schritt ist die Bildung eines Nukleoproteinkomplexes aus genomischer RNA und tRNALys, Gag- und Gag/Pol-Polyproteinen an der Zellmembran [Gelderblom 1991]. Dabei interagieren vermutlich die RNA und das Nucleokapsidprotein (NC) [Berkowitz & Goff 1994] sowie das transmembrane Glykoprotein (TM, gp41) und Matrixprotein (MA) [Dorfman et al. 1994, Yu et al. 1992], um den Einbau aller notwendigen Proteine in die entstehenden Partikel zu gewährleisten. Die HIV-Protease wird erst während des „Buddings“ von der Zelle aktiviert, so dass die Vorläuferproteine nicht schon im Zytoplasma gespalten werden. Die von der Wirtszelle erworbene Lipidhülle des Virus zeigt gegenüber der Plasmamembran eine Anreicherung bestimmter Phospholipide und Cholesterol. Auch zelluläre Proteine werden selektiv integriert [Franke et al. 1994, Arthur et al. 1992, Gelderblom et al. 1987 II], dadurch werden die Viren vom wirtseigenem Komplementsystem nicht erkannt und zerstört [Kinoshita 1991]. Das „Budding“ kann je nach Zelltyp an unterschiedlichen Orten stattfinden. In Monozyten und Makrophagen wird HIV oft in zytoplasmatische Membransysteme hinein gebildet und häuft sich so in Vakuolen an. Bei den T-Zellen findet das Virusassembly in vivo als auch in vitro direkt an der Zelloberfläche statt [Gendelman et al. 1989, Orenstein et al. 1988].

1.1.4 Krankheitsverlauf

Die Primärinfektion mit HIV wird in den meisten Fällen nicht erkannt. In 40 bis 90% der akuten Infektionen treten vorübergehend grippeähnliche Symptome auf. Am Anfang der Infektion beobachtet man eine hohe Replikationsrate von HIV-1, was zur Induktion der virus-spezifischen Immunantwort führt. Dabei sinkt die Anzahl der CD4+-Lymphozyten, den Zielzellen von HIV, auf unter 500 Zellen/µl ab, gleichzeitig kommt es zu einem Anstieg der CD8+-Zellen. Der CD4/CD8-Quotient kann dadurch zeitweise unter 1 absinken. Diese akute Phase der Infektion dauert in der Regel 7 bis 10 Tage an. Zu diesem Zeitpunkt ist nur ein Nachweis der Infektion über den HIV-Genomnachweis möglich, Antikörper gegen HIV sind in der frühen Phase noch nicht nachweisbar. Nach dieser akuten Phase der Erkrankung schließt sich eine über mehrere Jahre andauernde symptomfreie (klinische) Latenzphase mit einer stabilisierten Zahl an CD4+-Zellen an. Das sich der Latenzphase anschließende Stadium der Lymphadenopathie (LAS = Lymphadenopathisches Syndrom) zeichnet sich durch eine mehr als drei Monate andauernde Vergrößerung von mindestens zwei peripheren Lymphknoten aus und kann über mehrere Wochen bis Jahre andauern. Das Stadium der LAS kann in den AIDS-related complex (ARC) übergehen. Hier kommt es zu weiteren Symptomen wie z.B. Fieber und Gewichtsverlust, erste opportunistische Krankheiten können beobachtet werden. In dieser Zeit sind wie in den vorherigen Stadien HIV-spezifische Antikörper nachweisbar. Während der ARC kann die Zahl der CD4+-Zellen auf unter 400 Zellen/µl sinken. Fällt die Zahl der CD4+-Zellen weiter ab, die kritische Grenze liegt bei unter 200 Zellen/µl, kommt es zur Ausbildung des Vollbilds von AIDS. Hier beobachtet man aufgrund der Defekte in der Immunantwort wiederholte Ausbrüche von Erkrankungen mit opportunistischen Erregern, das Auftreten maligner Tumore und auch neurologische Symptome (HIV-bedingte Enzephalopathie). In dieser Phase sinken die im Blut nachweisbaren HIV-spezifischen Antikörper, vor allem gegen p24, und die Viruslast im peripheren Blut nimmt zu, wobei sich die Zahl der CD4+-Zellen weiter verringert.

Die Klassifikation der HIV-Erkrankung von den Centers for Disease Control and Prevention (CDC) in den USA unterscheidet drei klinische Kategorien und drei CD4-Zellzahlbereiche [CDC 1993]. Die Kategorie A definiert das asymptomatische Stadium der HIV-Infektion mit der akuten, primären HIV-Infektion und der persistierenden generalisierten Lymphadenopathie (LAS). Unter Kategorie B fallen Krankheitssymptome oder Erkrankungen, die nicht in Kategorie C fallen, jedoch ihre Ursache in der Störung der zellulären Immunabwehr durch die HIV-Infektion haben. Dazu gehören unter anderen andauerndes Fieber, lang anhaltende Durchfälle und rezidivierender Herpes zoster. Zur Kategorie C zählen die AIDS-definierten Erkrankungen wie z.B. die HIV-bedingte Enzephalopathie, das Kaposi-Sarkom und die Pneumocystis-Pneumonie. Die Einteilung der Labor-Kategorien erfolgt nach der CD4-Zellzahl: Patienten der Kategorie 1 besitzen mehr als 500 CD4+-Zellen/µl, der Kategorie 2 von 200 bis 499 CD4+-Zellen/µl und der Kategorie 3 weniger als 200 CD4+-Zellen/µl.

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Zur Behandlung einer Infektion mit HIV stehen zurzeit Medikamente aus vier Wirkstoffklassen zur Verfügung: Inhibitoren der Reversen Transkriptase (Nukleosid- und Nukleotidanaloga = NRTIs und Nicht-nukleosidische Reverse Transkriptase-Inhibitoren = NNRTIs), Proteaseinhibitoren (= PIs) und mit dem Fusionshemmer T-20 wurde 2003 der Prototyp der vierten Substanzklasse, der Fusionshemmer, für die Behandlung zugelassen. Es werden zunehmend auch immunmodulatorische Ansätze mit Vakzinen oder Zytokinen wie Interferone und Interleukine erprobt. Mit allen Medikamenten ist eine Verzögerung des Krankheitsverlaufs möglich, eine Heilung bisher jedoch nicht. Mit der üblicherweise angewendeten Kombinationstherapie mit zwei Nukleosidanaloga und einem Proteasehemmer konnte die Lebensqualität von HIV-Patienten gesteigert werden [Gortmaker et al. 2001]. Jedoch kann es bei der Einnahme dieser Medikamente zu starken Nebenwirkungen kommen. Ein weiteres Problem der antiretroviralen Therapie ist die Resistenzentwicklung von HIV gegenüber den eingesetzten Medikamenten [Chen et al. 2004].

1.1.5 Pathogenese

Bei einer Infektion gelangt das Virus entweder direkt ins Blut oder muss zunächst die Schleimhautbarriere des menschlichen Körpers überwinden. Bei einer dermalen und submukosalen Infektion wird vermutet, dass das Virus nach Überwindung der Barriere zunächst an DC-SIGN (dendritic cell-specific ICAM-grabbing non-integrin), ein C-Typ Lektin auf dendritischen Zellen, bindet und mit Hilfe dieser Zellen in das regionale, lymphatische Gewebe wandert. DC-SIGN und die Möglichkeit der Bindung zwischen DC-SIGN und gp120 wurde erstmals im Jahre 1992 beschrieben [Curtis et al. 1992]. DC-SIGN (CD209) wird auf verschiedenen Gruppen von dendritischen Zellen, wie z.B. der aus dem Blut stammenden Monozyten und dendritischen Zellen in der Nähe des genitalen Epitheliums, exprimiert. Das später entdeckte DC-SIGN Homolog DC-SIGNR, welches auf Endothelzellen im Sinus von Lymphknoten, in der Leber und der Plazentakapillaren vorkommt, kann ebenfalls an gp120 binden [Bashirova et al. 2001, Pöhlmann et al. 2001, Soilleux et al. 2000]. Durch Bindung an DC-SIGN und DC-SIGNR bleibt HIV über lange Zeit infektiös. Zudem kann durch die Bindung eine Infektion in cis von speziellen Makrophagen, die DC-SIGN, CD4 und einen Co-Rezeptor co-exprimieren, und in trans von T-Zellen vermittelt werden [Soilleux et al. 2003, Geijtenbeek et al. 2000].

In den Lymphknoten findet HIV CD4+ T-Zellen zur Infektion vor und stimuliert gleichzeitig die zellvermittelte und humorale Immunantwort. Auch während der Latenzphase findet in den Lymphknoten und in weiteren lymphatischen Organen wie Milz, Tonsillen und Peyersche Plaques eine aktive Virusreplikation statt. Durch Bindung der Viren an follikuläre dendritische Zellen wird verhindert, dass Viren die Lymphknoten verlassen. Die Lymphknoten sind zu dieser Phase der Infektion noch intakt. In den Keimzentren der Lymphknoten findet man eine Anreicherung HIV-infizierter Zellen sowie mit Antikörpern komplexierte Viren. Beim Übergang in die symptomatische Phase bricht das Gleichgewicht zwischen freigesetzten Viren und Eliminierung der Viren durch Antikörper zusammen. Aufgrund der hohen Mutationsrate von HIV und dem Selektionsdruck durch das Immunsystem werden Viren mit veränderten Oberflächenproteinen selektioniert. Damit ändern sich kontinuierlich ihre antigenen Eigenschaften sowohl für die humorale als auch für die zelluläre Immunreaktion und das Virus entgeht der Abwehrreaktion. Neben der Veränderung von HIV durch Mutationen kommt es zu einer Umstellung der Replikationseigenschaften, die Viren ändern ihren Zelltropismus. In der frühen Infektionsphase kann man hauptsächlich Viren, die sich in vitro langsam mit niedrigen Titern vermehren und nur wenig Synzythien durch die gp120/CD4-vermittelte Fusion der Zellmembranen induzieren, isolieren. Diese Stämme verwenden als Korezeptor CCR5 und werden als NSI (no syncytium induction)-Stämme bezeichnet. Sie infizieren bevorzugt Makrophagen. Im Spätstadium findet man vermehrt Viren, die sich schnell mit hohen Titern replizieren und Synzythien induzieren, sogenannte SI (syncytium induction)-Stämme. Die SI-Stämme zeigen einen ausgeprägten Tropismus (Verwendung von CXCR4 als Korezeptor) für die Infektion der CD4+ T-Lymphozyten. Durch diese Tropismusänderung entziehen sich die Viren immer mehr der Immunantwort und können sich stark in den Lymphknoten vermehren. Die Lymphknoten werden zerstört und sowohl Viren als auch alle CD4+ Virus produzierenden Zellen gelangen ins periphere Blut. Als Folge kommt es auch im peripheren Blut zu einer starken Reduktion der CD4+-Zellen.

1.1.6 Epidemiologie der HIV-Infektion

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In Deutschland lebten Ende 2005 ca. 49.000 Menschen mit HIV/AIDS, etwa 39.500 Männer, 9.500 Frauen und 300 Kinder. Die Zahl der Neuinfektionen pro Jahr war in Deutschland über lange Zeit nahezu konstant. Jedoch im Jahre 2005 beobachtete man einen Anstieg der Neuinfektionen von 2000 auf 2.600. Darunter fallen 2.250 Männer, 350 Frauen und weniger als 20 Kinder [Epidemiologisches Bulletin Robert Koch-Institut, 47/2005, http://www.rki.de/cln_011/nn_334076/DE/Content/Infekt/EpidBull/Archiv/2005/47__05,templateId=raw,property=publicationFile.pdf] Viel dramatischer sieht die Entwicklung der HIV-Pandemie aus, Ende 2005 lebten nach Schätzungen von UNAIDS und der WHO weltweit etwa 40,3 Millionen Menschen mit HIV/AIDS, 95% der HIV-Infizierten leben in Entwicklungsländern. Darunter sind 38 Millionen Erwachsene und 2,3 Millionen Kinder unter 15 Jahren. Der Frauenanteil liegt im Gegensatz zu Deutschland bei den Erwachsenen bei ca. 50%. Im Jahr 2005 wurden weltweit 4,9 Millionen Menschen neu mit HIV infiziert darunter 4,2 Millionen Erwachsene und 700.000 Kinder unter 15 Jahren [UNAIDS, Dez 2005 aus dem Epidemiologisches Bulletin Robert Koch-Institut, 47/2005].

1.1.7 Übertragungswege

Bei HIV-Infizierten muss man von einer lebenslangen potentiellen Ansteckungsfähigkeit ausgehen. In den ersten Wochen der Infektion, bevor sich Antikörper gebildet haben, ist die Ansteckungsfähigkeit besonders hoch. Die Infektiösität nimmt in der Regel danach ab und erst im Stadium des fortgeschrittenen Immundefekts mit Auftreten der ersten klinischen Symptome erhöht sich die Infektiösität des Infizierten wieder. Die höchsten Viruskonzentrationen findet man im Blut, in der Samenflüssigkeit und im Vaginalsekret. Da es sich bei Blut und dem männlichen Genitaltrakt um unterschiedliche Viruskompartimente handelt, kann aus einer unter der Nachweisgrenze liegenden Viruslast im Blut, nicht auf die Infektiösität in der Samenflüssigkeit geschlossen werden [Liuzzi et al. 1996]. Neben der Art und Dauer der Exposition sowie der Viruskonzentration hängt die Übertragungswahrscheinlichkeit noch von weiteren Faktoren wie der Virulenz des Erregers, der Übertragung von HIV-infizierten Zellen und der Immunantwort des Betroffenen ab. Neben Einzelfällen gibt es drei Hauptübertragungswege für eine HIV-Infektion: ungeschützter Geschlechtsverkehr, gemeinsamer Spritzengebrauch bei i.v.-Drogenabhängigen sowie die prä-, peri- oder postnatale (durch Stillen) Übertragung von der Mutter auf das Kind. Der Mechanismus, der zur prä- und perinatalen Infektion des Ungeborenen im Mutterleib führt, ist bis heute noch nicht gänzlich aufgeklärt.

1.2 Mutter-Kind-Transmission

Im Jahr 2005 wurden pro Tag weltweit ca. 2.000 Kinder unter 15 Jahren mit HIV infiziert [UNAIDS, WHO Dez. 2005]. Dabei lag der Grund für die Infektion hauptsächlich in der Übertragung von HIV während der Schwangerschaft oder zum Zeitpunkt der Geburt von der Mutter auf das ungeborene Kind. Die Anzahl der Schwangerschaften unter HIV-positiven Frauen wird in den nächsten Jahren weiter ansteigen, wenn man bedenkt, dass sich die Anzahl HIV-positiver Frauen zwischen 15 und 49 Jahren von 2003 bis 2005 um 1 Million auf 17,5 Millionen erhöht hat [UNAIDS, WHO Dez. 2005]. In Deutschland gestaltet sich die Situation weniger dramatisch. Hier ist jedoch nach Einführung der antiretroviralen Therapie und der damit verbundenen Verbesserung der Lebensqualität auch vermehrt mit Kinderwünschen von HIV-infizierten Frauen zu rechnen. Die Übertragungswahrscheinlichkeit während der Schwangerschaft einer HIV-infizierten Frau liegt ohne Präventionsmaßnahmen zwischen 15 und 25%. In Deutschland liegt die Transmissionsrate mit Präventionsmaßnahmen unter 1%. Die in Deutschland durchgeführten Präventionsmaßnahmen sind in den „Deutsch-Österreichischen Empfehlungen zur HIV-Therapie in der Schwangerschaft“ [www.rki.de/INFEKT/AIDS_STD/BR_LINIE /BR_LINIE.HTM] festgelegt. Nach diesen Empfehlungen wird die Schwangere je nach Viruslast und CD4-Zellzahl antiretroviral behandelt. Das Kind wird unter Infusion eines NRTIs (meistens AZT) durch eine primäre Sectio vor Einsetzen der ersten Wehen entbunden. Nach der Geburt erhält das Kind ebenfalls eine prophylaktische antiretrovirale Therapie.

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Ob eine Übertragung von HIV von der Mutter auf das Kind stattfindet, ist von einer Reihe von Faktoren abhängig. Zum einem spielt die Mutter eine Rolle, darunter fällt ihr Immunstatus, ihr Allgemeinzustand, Drogenkonsum, eventuell Vitamin A-Mangel, eine vorliegende genitale Herpesinfektion oder eine Serokonversion während der Schwangerschaft [Pitt et al. 2000, Semba et al. 1994, Clark et al. 1991, Grosch-Wörner et al. 1989]. Ebenso haben virus-abhängige Faktoren wie die Viruslast, besonders virulente HIV-Stämme und eine Resistenzentwicklung gegen die antiretroviralen Medikamente einen Einfluss auf die Transmission [Garcia et al. 1999, Kirchner 1999, Mayaux et al. 1997, Sutthent et al. 1997]. Das Übertragungsrisiko wird auch durch geburtshilfliche Faktoren wie eine frühe Ruptur der Eihaut, eine mit Verletzungen der Mutter einhergehende Geburt oder eine Sectio mit Blutkontakt des Kindes erhöht. Eine Steigerung des Risikos kann durch Infektionen wie eine Chorioamnionitis und vorzeitige Wehen erfolgen [Landesman et al. 1996]. Man findet bei HIV-infizierten Schwangeren eine erhöhte Rate (15-20%) an vorzeitigen Wehen und Komplikationen wie eine bakterielle Infektion der Eihäute.

Viele klinische Studien im Zusammenhang mit der primären Sectio vor Einsetzen der ersten Wehen bei HIV-infizierten Schwangeren haben gezeigt, dass der Zeitpunkt der Infektion des Kindes kurz vor der Geburt liegen muss. Die Ursache für das erhöhte Infektionsrisiko des Kindes nach Einsetzen der ersten Wehen könnte in einer lokal ansteigenden Virusreplikation liegen. Den Grund dafür kann wie folgt erklärt werden:

Im dritten Trimester der Schwangerschaft und kurz vor der Geburt kommt es in den Eihäuten, in der den Eihäuten anliegenden Dezidua sowie in der Plazenta zu einer vermehrten oder erst einsetzenden Produktion verschiedener Zytokine. Die Aufgabe der in dieser Schwangerschaftsphase produzierten Zytokine liegt in der Regulation der Prostaglandin-Produktion zur Einleitung der Geburt [Hansen et al. 1999]. Hierbei wirken die Zytokine auf die Biosynthese der Prostaglandine im Amnion [Bry & Hallman 1992, Romero et al. 1989], im Chorion [Lundin-Schiller & Mitchell 1991], in der Dezidua [Mitchell, Edwin & Romero 1990] und im Myometrium [Pollard & Mitchell 1996, Hertelendy et al. 1993] ein. In der Tabelle 1 sind die hauptsächlich im 3. Trimester und kurz vor der Geburt sezernierten Zytokine der Eihäute und der Dezidua aufgeführt [Bowen et al. 2002].

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In der Dezidua kommt es ausschließlich im 3. Trimester und kurz vor der Geburt zur Produktion von IFN γ, IL-2 und IL-10, in den Eihäuten zur Produktion von IFN γ, IL-1 α/β, IL-6 und TNF-α/β. Diese Zytokine können bekanntlich die HIV-Replikation stimulieren (Tabelle 1, adaptiert nach Fauci et al. 1993). Durch diese Zytokine werden HIV-infizierte Zellen aktiviert, NF-κB wird als zellulärer Transkriptionsfaktor in den Zellkern transportiert und bindet dort an die Bindungsstelle auf der HIV-LTR. Mit dieser Bindung an die HIV-LTR wird die Transkription der viralen RNA vom Provirus initiiert. HIV-infizierte Makrophagen befinden sich in der unmittelbaren Nähe der fetalen Membranen und es kann zu einer stark ansteigenden lokalen Produktion an infektiösem HIV kommen.

Tab. 1: Sezernierte Zytokine der Dezidua, des Amnions und des Chorions während des 3. Trimesters und kurz vor der Geburt einer normalen Schwangerschaft und deren Einfluss auf die Replikation von HIV.

Zytokine


Dezidua

Eihaut

Einfluss auf HIV-Replikation

Chorion

Amnion

T-Zellen

Makrophagen

Interferone

IFN α

+

+

IFN β

+

IFN γ

+

+

+

↑/↓

↑/↓

inflammatorische Zytokine

IL-1 α/β

+

+

+

IL-6

+

+

+

TNF-α/β

+

+

+

TGF- β Superfamilie

TGF-β1

+

TGF-β2

+

hematopoetische Wachstumsfaktoren

IL-3

+

M-CSF

+

von Lymphozyten abgeleitete Vermittler

IL-2

+

anti-inflammatorische Zytokine

IL-4

+

IL-10

+

↑/↓

(+ = ausschließlich 3. Trimester/Geburt, + = meist 1. und 3. Trimester/Geburt, — = werden nicht sezerniert, Einfluss auf HIV-Replikation: ↑ gesteigerte Replikation, ↓ verringerte Replikation), IFN (interferon), IL (interleukin), TNF (tumor necrosis factor), TGF (transforming growth factor), M-CSF (Macrophage-colony stimulating factor)

Die Trennung zwischen den lokal produzierten HI-Viren und dem Fetus stellen die fetalen Membranen = menschliche Eihäute dar. Im folgenden Kapitel wird der Aufbau der Membranen aufgezeigt und die auf diesen Aufbau basierende Möglichkeit für die Viren, die Barriere zwischen der mütterlichen und der fetalen Seite zu überwinden.

1.2.1  Aufbau der menschlichen Eihaut

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In der Abbildung 5 ist der Aufbau der menschlichen Eihaut dargestellt.

Abb. 5: Aufbau der menschlichen Eihaut (aus Pschyrembel Klinisches Wörterbuch Version 2002, Copyright ©2001 Walter de Gruyter GmbH & Co. KG), die Eihaut setzt am Rand der Plazenta an und besteht aus zwei fetalen Schichten (Amnion und Chorion) sowie einer maternalen Schicht (Dezidua).

Die Eihaut, welche die äußere Hülle der Fruchtblase darstellt, besteht aus einem fetalen und dem anliegenden mütterlichen Anteil. Der fetale Anteil besteht aus dem Amnion und dem Chorion mit dem dazwischenliegenden „spongy layer“ = Zwischenschicht. Der mütterliche Anteil – die Dezidua – wird aus dem Endometrium gebildet und liegt dem Chorion an [Schmidt 1992]. Die Dezidua ist sowohl reich an mütterlichen Blutgefäßen als auch an Monozyten und Makrophagen, die bei einer HIV-infizierten Schwangeren potentiell infiziert sein können. Die anliegende Chorionschicht besteht aus einem 2 bis 8-reihigen Epithel – dem Trophoblasten – mit verschiedenen Zelltypen. Das sich dem Epithel anschließende Chorionbindegewebe besteht aus Interzellularsubstanz und Fibroblasten, diese Schicht trägt hauptsächlich zur mechanischen Stabilität bei. Zwischen den Chorion- und Amnionbindegewebe befindet sich das sogenannte „spongy layer“, eine dünne flüssigkeitsreiche Schicht, die neben Kollagenfibrillen und Fibroblasten auch Makrophagen enthält. Das sich anschließende Amnionbindegwebe besteht aus Grundsubstanz mit eingelagerten Fibroblasten und Makrophagen (Hofbauer Zellen). Den Abschluss der Eihaut zum Fruchtwasser hin bildet das Amnionepithel, welches aus einer einzigen Lage an Epithelzellen besteht.

1.2.2 Transportmechanismen

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Sowohl die Amnion- als auch die Chorionschicht besteht neben Bindegewebe aus Epithelzellen, die aufgrund der Ausbildung von „cell junctions“ eine undurchlässige Barriere bilden. Durch diese undurchlässige Barriere ist ein Stoffaustausch zwischen Mutter und Kind, der hauptsächlich über die Plazenta aber auch über die Eihaut stattfindet, nur durch aktive Transportmechanismen der epithelialen Zellen möglich. Die Epithelien der Eihaut werden von polarisierten Epithelzellen gebildet. Ein Charakteristikum polarisierter Zellen ist die Einteilung der Plasmamembran in zwei diskrete Regionen. Durch „tight junctions“ wird die Plasmamembran in einen apikalen und einen basolateralen Bereich unterteilt. Beide Kompartimente der Zelle unterscheiden sich in ihrer Struktur und in ihrer Funktion. Sie verfügen über unterschiedliche Transportproteine und können unterschiedliche Transportprozesse ausführen. Ein weiteres Charakteristikum ist aufgrund der Polarisierung die Aufnahme von Makromolekülen z.B. auf der apikalen Seite und der aktive Weitertransport im Zellinnern. Die Abbildung 6 zeigt unterschiedliche Wege die ein über die apikale Plasmamembran durch Bindung an einen zellulären Rezeptor in „early endosome“ aufgenommenes Molekül durchlaufen kann. Unter Punkt 1 ist der Recycling-Weg dargestellt, hier wird das aufgenommene Molekül wieder zur apikalen Plasmamembran zurücktransportiert. Punkt 2 zeigt den Transport des aufgenommenen Moleküls vom endosomalen Kompartiment zu den Lysosomen, wo die Degradation des Moleküls stattfindet. Die Transzytose wird unter Punkt 3 dargestellt. Das über Rezeptorbindung aufgenommene Molekül wird über Transportvesikel durch die Zelle zur basolateralen Plasmamembran, wo die Exozytose erfolgt, transportiert. Man kann postulieren, dass der Mechanismus der Transzytose beim Transport von HIV durch die Eihaut eine Rolle spielt. Im Gegensatz zur Transzytose von Viren ist die Transzytose von Bakterien besser untersucht. E. coli, Haemophilus influenzae und Gruppe B-Streptokokken werden unter Beteiligung von Komponenten des Zytoskeletts (Mikrotubuli und Mikrofilamente der Zellen) an der apikalen Seite von epithelialen und endothelialen Zellen aufgenommen, in intrazellulären Vakuolen zur basolateralen Seite transportiert und dort ausgeschleust [Kallman & Kihlstrom 1997, Nizet et al. 1997, Meier et al. 1996, Panigrahi et al. 1996].

Abb. 6: Transportmechanismen der polarisierten Epithelzelle (Abbildung aus: Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts und James D. Watson: Molecular Biology of the Cell 1994.)

1.2.3 Stand der Forschung

In Infektionsstudien mit Rhesusaffen konnte gezeigt werden, dass eine Infektion mit zellfreien simianen Immundefizienzvirus (SIV) oder chimären simianen-humanen Immundefizienzvirus (SHIV) nach Aufbringen auf die intakte Mukosa des Mauls, der Vagina und des Rektums möglich ist [Sodora et al. 1998, Baba et al. 1996, Lu et al. 1996]. In der Arbeitsgruppe um Morgane Bomsel wurden Transzytoseversuche mit HIV-infizierten mononukleären Zellen in einem in vitro-Modell mit Epithelzellen durchgeführt. Durch Kontakt zwischen Epithelzellen und HIV-infizierten Zellen kommt es zu einer massiven und schnellen Ausschleusung der Viren aus den infizierten Zellen, einer Aufnahme der Viren und einem Transport durch die Epithelzellen [Bomsel 1997]. Bei der Transzytose von HIV durch Epithelzellen handelt es sich um einen schnellen Transport. Wie bei der Transzytose von Bakterien spielt das Zytoskelett der Zelle dabei eine entscheidende Rolle. Durch Inkubation der Zellen mit Colchicin, welches die Mikrotubuli depolymerisiert, kann der Transport von HIV inhibiert werden. Die Transzytoserate von zellgebundenen Viren kann in Anwesenheit von Immunglogulinen der Klasse G (IgG) und noch effizienter von sekretorischen Immunglobulinen der Klassen A (IgA) und M (IgM) reduziert werden [Bélec et al. 2001, Broliden et al. 2001,Devito et al. 2000, Hocini et al. 1999, Hocini et al. 1997]. Die Neutralisation erfolgt intrazellulär in den Endosomen unter Beteiligung eines konservierten Epitops von gp41 [Bomsel et al. 1998]. In unserer Arbeitsgruppe konnte gezeigt werden, dass auch zellfreie HI-Viren sowohl Monolayer von Epithelzellen als auch Eihäute mittels einer rezeptorvermittelten Transzytose durchdringen können [Kage et al. 1998, Rokos et al. 1998]. HIV-1 kann in vitro von polarisierten Mundschleimhautzellen aufgenommen und als infektiöse Viren wieder freigesetzt werden [Kage et al. 1998]. Latexpartikel, die mit nativen gp120 beschichtet waren, werden ebenfalls über die Transzytose durch primäre Epithelzellen transportiert. Diese Ergebnisse zeigen, dass die für den Transport notwendige Domäne von HIV auf gp120 liegt. Dabei weisen weitere Versuche daraufhin, dass der Transport von infektiösem, zellfreien HIV ein cAMP (cyclic adenosin monophosphat)-abhängiger Mechanismus ist, der auf einer Wechselwirkung zwischen der Lektin-Domäne von gp120 und Mannosylresten von Glykoproteinen auf der mukosalen Oberfläche beruht. Aufgrund der Lektin-bindenden Eigenschaft von gp120 ist die Transzytose durch Oligosaccharide, wie sie z.B. in Form von Mucin im menschlichen Speichel vorkommen, zu hemmen. Der zelluläre Rezeptor ist noch nicht identifiziert. Versuche haben jedoch gezeigt, dass weder der CD4-Rezeptor noch die Korezeptoren CXCR4 und CCR5 beim Transport von HIV eine Rolle spielen [Hocini et al. 2001, Kage et al. 1998].

1.3 Aufgabenstellung

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Ausgehend von diesen Ergebnissen sollte der Mechanismus des Transportes von HIV durch Epithelzellen als erster Schritt einer Infektion näher untersucht werden. Dabei lag der Schwerpunkt auf dem Transport von HIV durch die Eihaut als initialer Vorgang der Übertragung von HIV von der Mutter auf das Kind während der Schwangerschaft. Die Infektion des Kindes kurz vor der Geburt könnte wie folgt erklärt werden: Mit einsetzenden Wehen kommt es zu einer vermehrten Bildung u.a. bestimmter die HIV-Replikation aktivierender Zytokine in der der Eihaut anliegenden Dezidua und in der Eihaut selbst. Die aufgrund der resultierenden Aktivierung der HIV-infizierten Zellen lokal produzierten zellfreien HI-Viren können nun durch Transzytose durch die Eihaut transportiert werden und ins Fruchtwasser gelangen. Die Eihaut verfügt über Zellen, die aufgrund ihres Clathringerüstes zum Transport von Makromolekülen durch die Zelle, also auch zur Transzytose von HIV-1, befähigt sind. Zu einer Infektion des ungeborenen Kindes kommt es ebenfalls durch Transport der Viren durch die Epithelzellen des Magen-Darm-Traktes nach Verschlucken des Fruchtwassers, durch die Epithelzellen des Respirationstraktes nach Einatmen von Fruchtwasser und durch die Epithelzellen der Haut.

Die Ergebnisse unserer Arbeitsgruppe weisen auf einem rezeptorvermittelten Transport hin, wobei die Wechselwirkung zwischen einer postulierten Lektin-bindenden Domäne auf dem Hüllglykoprotein gp120 von HIV mit Mannosylresten von Glykoproteinen auf der epithelialen Oberfläche eine Rolle spielen könnte. In der vorliegenden Arbeit stand die Identifizierung der Domäne auf gp120, welche in Wechselwirkung mit einem zellulären Rezeptor tritt und somit die Transzytose einleitet, im Vordergrund. Dafür wurde ein in vitro-System zur Untersuchung der Transzytose von zellfreien HIV durch Amnionepithelzellen etabliert. Durch Untersuchungen mit humanen monoklonalen Antikörpern, die gegen neutralisierende Epitope auf gp120 und gp41 gerichtet sind, und Seren HIV-infizierter Patienten sollte die Möglichkeit der Hemmung dieses Transportes durch Antikörper untersucht werden. Mit geeigneten Methoden sollte die in den Transport von HIV-1 durch Amnionzellen beteiligte Domäne auf dem gp120-Molekül identifiziert werden. Zu Beginn der Untersuchungen wurden zwei unterschiedliche Strategien zur Charakterisierung der Domäne auf gp120 diskutiert: Expression von gp120 in geeigneten Expressionssystemen und Verwendung des von Kage et al. [Kage et al. 1998] beschriebenen Transportsystems und an Beads gekoppeltes gp120. Die Eingrenzung der Domänen sollte dann durch Generierung von Mutanten (Deletionskartierung) erfolgen. Als alternativer Ansatz wurde die Hemmung der Transzytose von infektiösem HIV durch Oligopeptide angesehen. Da im Falle der gp120-gekoppelten Beads nicht mit infektiösen Viren umgegangen werden musste, wurde dieser Versuchsansatz zuerst erprobt.


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13.03.2008