@phdthesis{Brado2020,
  author    = {Brado, Dominik Alexander},
  title     = {Genetic diversity and baseline drug resistance of South African HIV-1 Integrase sequences prior to the availability of Integrase strand-transfer inhibitors},
  doi       = {10.25972/OPUS-21656},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-216562},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Background: Integrase strand transfer inhibitors (INSTIs) are the latest addition to the array of antiretroviral compounds used to treat an infection with Human Immunodeficiency Virus (HIV). Due to their high efficacy and increased tolerability, INSTIs have become an integral part of first-line therapy in most high-income countries over the past years. However, little is known about HIV-1's genetic inter- and intra-subtype diversity on the Integrase (IN)-gene and its impact on the emergence of INSTI-resistance. In the absence of a functional cure, long-term efficacy of first-line compounds remains paramount for reducing virological failure and curbing on-going HIV transmissions. South Africa, harbouring more than 20\% of the global HIV burden (7.7 / 37.9 million people), requires international attention in order to globally pursue UNAIDS' (Joint United Nations Programme on HIV/AIDS) 90-90-90 goals and the road to ending the HIV/AIDS (Acquired immunodeficiency syndrome) pandemic by 2030. Methods: In this study, the prevalence of INSTI-resistance associated mutations (RAM) was investigated in a cohort of 169 archived drug-na{\"i}ve blood samples from multiple collection sites around Cape Town, South Africa. Viral RNA was isolated from plasma samples, the integrase fragment amplified by RT-PCR and subsequently sequenced by Sanger-sequencing. Additionally, all publicly available drug-na{\"i}ve, South African IN sequences, isolated before the availability of the first INSTIs in 2007, were retrieved from the Los Alamos HIV sequence database (n=284). All sequences were analysed for RAMs using the Stanford HIV Drug resistance database. The identification of polymorphism in the South African subtype C IN consensus sequence allowed for comparative analyses with global subtype B, as well as subtype C sequences, from countries other than South Africa. Results: The IN gene could be amplified and sequenced in 95/169 samples (56\%). Phylogenetic inference revealed close homology between three sequence-pairs, warranting the exclusion of 3/95 sequences from further analyses. Of the 92 samples used for mutational analyses, 86/92 (93.5\%) belonged to subtype C, 5/92 (5.4\%) to subtype B and 1/92 (1.1\%) to subtype A. The prevalence of major and accessory INSTI RAMs was 0/92 (0\%) and 1/91 (1.1\%), respectively, similar to the observed rates of 8/284 (2.8\%) and 8/284 (2.8\%) in the database sequences (p = 0.2076 and p = 0.6944, Fisher's exact test). Compared to subtype B IN sequences, 15 polymorphisms were significantly enriched in South African subtype C sequences (corrected p<0.0015. Fisher's exact test, Bonferroni post-hoc procedure). Compared to subtype C IN sequences isolated outside South Africa, four polymorphisms were significantly enriched in this study cohort (corrected p<0.0014, Fisher's exact test, Bonferroni post-hoc procedure). The highest prevalence margin was observed for the polymorphism Met50Ile being present in 60.1\% of South African subtype C sequences, compared to 37\% in non-South African subtype C sequences. Conclusions: The low prevalence of major and minor RAMs in all South African Integrase sequences predicts a high susceptibility to INSTIs, however, the presence of natural polymorphisms, in particular Met50Ile, in the majority of sequences warrants further monitoring under therapeutic pressure, as their role in mutational pathways leading to INSTI- resistance is yet to be determined. Additionally, this study revealed the presence of substantial inter- and intra-subtype diversity within the HIV-1 Subtype C IN-gene. These results implicate the need for more research on a regional, potentially patient-specific level, as mutational insights from other diverse backgrounds may not accurately represent the South African context. The implementation of a national pre-treatment INSTI-resistance screening program may provide necessary insights into the development of mutational pathways leading to INSTI-resistance under therapeutic pressure for the South African context and thereby bring South Africa one step closer to achieving UNAIDS 90-90-90 goals and ending the AIDS epidemic by 2030.},
  subject      = {HIV},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Horn2014,
  author    = {Horn, Anne},
  title     = {Die Wirkung von Dopamin und Faktoren der dopaminergen Neurotransmission auf HIV-Infektion und Immunaktivierung: Fokus auf Dopamin-assoziierte Gene},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107639},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {HIV verursacht eine progressive Zerst{\"o}rung des Immunsystems und f{\"u}hrt zus{\"a}tzlich durch Ver{\"a}nderungen im ZNS zu neurokognitiven St{\"o}rungen (HIV-associated neurocognitive disorders, HAND). Die HIV-Infektion geht mit einer Dysfunktion von dopaminergen Signalwegen einher, die sich unter anderem in einer erh{\"o}hten Dopamin-Verf{\"u}gbarkeit im Liquor von Therapie-naiven HIV-Patienten {\"a}ußert. Der Grund f{\"u}r die Dysregulation der dopaminergen Signalwege in HIV-Patienten ist nicht gekl{\"a}rt. Aufgrund dessen war das Hauptziel dieser Arbeit die Identifizierung des pathogenetischen Mechanismus, der zu einer erh{\"o}hten Dopamin-Konzentration im Liquor von HIV-Patienten f{\"u}hrt. Die prim{\"a}re Hypothese war, dass die erh{\"o}hte Dopamin-Verf{\"u}gbarkeit nicht durch das Virus selbst, sondern vielmehr durch die genetische Konstitution der HIV-Patienten hervorgerufen wird. Deshalb wurden Polymorphismen untersucht, die die dopaminerge Neurotransmission beeinflussen. Es wurde vermutet, dass a) verschiedene Genotypen dieser Polymorphismen in nicht-infizierten und HIV-infizierten Personen mit anderen H{\"a}ufigkeiten auftreten, b) verschiedene Genotypen mit ver{\"a}nderten Dopamin-Verf{\"u}gbarkeiten assoziiert sind, c) unterschiedliche Genotypen Auswirkungen auf Marker der Progression der HIV-Infektion haben und d) verschiedene Genotypen die Immunaktivierung beeinflussen. Dazu wurden in 190 HIV-infizierten und nicht-infizierten Teilnehmern unterschiedlicher Ethnien die Polymorphismen BDNF Val66Met, COMT Val108/158Met, DAT 3'-UTR VNTR, DRD2 TaqIα, DRD3 Ser9Gly und DRD4 VNRT mit PCR, ggf. Restriktionsverdau und Agarose-Gelelektrophorese analysiert und die Expression des Dopamin-Transporters mit real time PCR bestimmt. Dar{\"u}ber hinaus wurden zur weiteren klinischen Charakterisierung die Immunmarker MCP-1, sCD14, suPAR und RANTES mit ELISA analysiert, da eine Erh{\"o}hung dieser Parameter mit einer beschleunigten HIV-Progression assoziiert ist. Die Bestimmung der T-Zell-Aktivierung (CD3/CD8/CD38/HLA-DR) wurde mit einer durchflusszytometrischen Analyse durchgef{\"u}hrt. In dieser Arbeit haben wir gezeigt, dass HIV-Patienten hochsignifikant h{\"a}ufiger homozygot f{\"u}r das 10-repeat Allel des Dopamin-Transporter-Polymorphismus sind als nicht-infizierte Personen (57,1 \% bzw. 26,8 \%, p = 0,001, OR = 3,93, 95 \% CI 1,72 - 8,96, direkte logistische Regression). HIV-Patienten und nicht-infizierte Personen mit diesem Genotyp weisen eine signifikant h{\"o}here Dopamin-Verf{\"u}gbarkeit im Liquor auf als Personen mit dem 9/10-Genotyp (p = 0,03) und eine signifikant geringere Expression des Dopamin-Transporters auf PBMCs (p = 0,05). Der DAT 10/10-Genotyp ist im Gegensatz zu anderen Genotypen in HIV-Patienten jedoch weder mit unterschiedlichen CD4+-Zellzahlen und Viruslasten noch mit einer ver{\"a}nderten H{\"a}ufigkeit von HAND verbunden. Zus{\"a}tzlich weisen deutsche und s{\"u}dafrikanische nicht-infizierte und HIV-infizierte Personen mit dem DAT 10/10-Genotyp eine signifikant h{\"o}here MCP-1-Konzentration im Plasma auf als Personen mit anderen DAT-Genotypen (p = 0,0076). Keiner der Immunmarker ist mit der Dopamin-Verf{\"u}gbarkeit assoziiert. Dennoch ist die Immunaktivierung in s{\"u}dafrikanischen HIV-Patienten im Vergleich zu nicht-infizierten S{\"u}dafrikanern signifikant erh{\"o}ht: HIV-Patienten zeigen im Vergleich zu nicht-infizierten Personen eine st{\"a}rkere T-Zell-Aktivierung (p = 0,0001), eine erh{\"o}hte Plasma-Konzentration von MCP-1 (p = 0,0014), eine gesteigerte sCD14-Konzentration (p = 0,0004) und eine vermehrte suPAR-Konzentration im Plasma (p = 0,006). In der vorliegenden Arbeit konnte kein Nachweis erbracht werden, dass die erh{\"o}hte Immunaktivierung in den s{\"u}dafrikanischen HIV-Patienten durch die Koinfektion mit Echinoccocus oder durch genetische Polymorphismen bei Chemokinen hervorgerufen wird. Eine chronisch erh{\"o}hte Immunaktivierung stellt eine treibende Kraft f{\"u}r die Virusreplikation dar und kann letztendlich zu einer Ersch{\"o}pfung des Immunsystems f{\"u}hren. Der 10/10-Genotyp des DAT VNTR k{\"o}nnte einen Risiko-Faktor f{\"u}r die HIV-Infektion darstellen, da dieser eine erh{\"o}hte Dopamin-Verf{\"u}gbarkeit nach sich zieht. Dopamin aktiviert HIV in chronisch infizierten T-Lymphoblasten und f{\"u}hrt zudem zu einer erh{\"o}hten Expression und Sezernierung von TNF-α, das wiederum die Expression von HIV induziert. Diese Ergebnisse untermauern den Zusammenhang von Dopamin und HIV. Es ist jedoch nicht v{\"o}llig gekl{\"a}rt, ob die erh{\"o}hte Dopamin-Konzentration ausschließlich durch den Genotyp hervorgerufen oder auch durch die HIV-Infektion beg{\"u}nstigt wird.},
  subject      = {Dopamin},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Nowotny2012,
  author    = {Nowotny, Boris},
  title     = {Etablierung von zellul{\"a}ren Testsystemen f{\"u}r die Identifizierung von neuartigen Inhibitoren des HIV-1 Vif-induzierten APOBEC3G-Abbaus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-70477},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Als einer der ersten gegen HIV gerichteten Restriktionsfaktoren konnte die Cytidindeaminase APOBEC3G isoliert werden. Dieses zellul{\"a}re Enzym hemmt {\"a}ußerst effizient die Replikation von HIV. Weiterf{\"u}hrende Untersuchungen konnten demonstrieren, dass die Hemmung der Virusreplikation haupts{\"a}chlich auf einer Deaminase-katalysierten G zu A-Hypermutation des viralen Genoms w{\"a}hrend der Reversen Transkription beruht. Als Gegenstrategie zur antiretroviralen Wirkung von A3G kodiert HIV-1 das Protein Vif (virion infectivity factor), welches durch eine direkte Wechselwirkung den Ubiquitin-abh{\"a}ngigen proteasomalen Abbau von A3G bewirkt. Vor diesem Hintergrund wird der Inhibition des Vif induzierten A3G- Abbaus großes Potential als neuartiges Wirkstoffziel bei der Behandlung von HIV Infektionen vorhergesagt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand deshalb in der Etablierung von zellul{\"a}ren Screening-Assays f{\"u}r die Identifizierung von Inhibitoren des Vif induzierten A3G-Abbaus. Im Rahmen dieser Arbeit konnten insgesamt vier fluoreszenzbasierte zellul{\"a}re Assays erfolgreich entwickelt und als Screeningsysteme f{\"u}r die Wirkstoffsuche etabliert werden. Drei dieser Assays basieren auf stabilen Zelllinien, von denen eine Vif und ein mit EYFP markiertes A3G ko-exprimiert. Dieser sogenannte A3G-Abbauassay stellt den prim{\"a}ren Assay f{\"u}r die Identifizierung von Inhibitoren des Vif induzierten A3G-Abbaus dar und wird durch zwei weitere Zelllinien-basierte Assays erg{\"a}nzt. Diese sekund{\"a}re Assays erlauben die Detektion von Substanzen, die falsch-positive oder falsch-negative Signale im A3G-Abbauassays generieren. Zusammengenommen erm{\"o}glichen die drei Assays die pr{\"a}zise Identifizierung von Inhibitoren, die spezifisch auf den A3G-Abbau wirken und stellen damit eine wesentliche Verbesserung bereits existierender Screeningsysteme dar. Weiterhin wurde ein auf dem Prinzip der bimolekularen Fluoreszenzkomplementation (BiFC) basierendes Testsystem entwickelt. Besagtes System misst die direkte Interaktion zwischen Vif und ElonginC in lebenden Zellen und repr{\"a}sentiert damit ein weiteres Testsystem f{\"u}r die Identifizierung von Inhibitoren der Vif induzierten A3G-Degradation. Den zweiten Teil dieser Arbeit umfasste die Analyse von Derivaten des Vif Antagonisten RN-18 und neu entwickelten niedermolekularen Inhibitoren der Vif-ElonginC- Interaktion. Als ein wichtiges Ergebnis der Derivat-Analyse ergab sich, dass RN-18 zytotoxisch wirkt und im hier etablierten A3G-Abbauassay ein falsch-positives Signal generiert. Unter den analysierten Vif-ElonginC-Interaktionsinhibitoren fand sich eine Verbindung, die in einem initialen Screening, unter Verwendung des A3G-Abbauassays, eine deutliche Inhibition der Vif induzierten A3G-Degradation bewirkte. Zusammenfassend konnten im Rahmen dieses Promotionsprojektes erfolgreich mehrere Screeningsysteme f{\"u}r die Identifizierung von spezifischen Inhibitoren des A3G-Abbaus etabliert werden. Diese Systeme werden zuk{\"u}nftig dazu beitragen, dass Auffinden von neuartigen Therapeutika f{\"u}r die Behandlung von HIV-Infektionen zu beschleunigen.},
  subject      = {Inhibitor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Aminake2012,
  author    = {Aminake, Makoah Nigel},
  title     = {Towards malaria combination therapy: Characterization of hybrid molecules for HIV/malaria combination therapy and of thiostrepton as a proteasome-targeting antibiotic with a dual mode of action},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71841},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Malaria and HIV are among the most important global health problems of our time and together are responsible for approximately 3 million deaths annually. These two diseases overlap in many regions of the world including sub-Saharan Africa, Southeast Asia and South America, leading to a higher risk of co-infection. In this study, we generated and characterized hybrid molecules to target P. falciparum and HIV simultaneously for a potential HIV/malaria combination therapy. Hybrid molecules were synthesized by covalent fusion between azidothymidine (AZT) and dihydroartemisinin (DHA), tetraoxane or chloroquine (CQ); and a small library was generated and tested for antiviral and antimalarial activity. Our data suggest that dihyate is the most potent molecule in vitro, with antiplasmodial activity comparable to that of DHA (IC50 = 26 nM, SI > 3000), a moderate activity against HIV (IC50 = 2.9 µM; SI > 35) and safe to HeLa cells at concentrations used in the assay (CC50 > 100 µM). Pharmacokinetic studies further revealed that dihyate is metabolically unstable and is cleaved following an O-dealkylation once in contact with cytochrome P450 enzymes. The later further explains the uneffectiveness of dihyate against the CQ-sensitive P. berghei N strain in mice when administered by oral route at 20 mg/kg. Here, we report on a first approach to develop antimalarial/anti-HIV hybrid molecules and future optimization efforts will aim at producing second generation hybrid molecules to improve activity against HIV as well as compound bioavailability. With the emergence of resistant parasites against all the counterpart drugs of artemisinin derivatives used in artemisinin based combination therapies (ACTs), the introduction of antibiotics in the treatment of malaria has renewed interest on the identification of antibiotics with potent antimalarial properties. In this study we also investigated the antiplasmodial potential of thiostrepton and derivatives, synthesized using combinations of tail truncation, oxidation, and addition of lipophilic thiols to the terminal dehydroamino acid. We showed that derivatives SS231 and SS234 exhibit a better antiplasmodial activity (IC50 = 1 µM SI > 59 and SI > 77 respectively) than thiostrepton (IC50 = 8.95 µM, SI = 1.7). The antiplasmodial activity of these derivatives was observed at concentrations which are not hemolytic and non-toxic to human cell lines. Thiostrepton and derivatives appeared to exhibit transmission blocking properties when administered at their IC50 or IC90 concentrations and our data also showed that they attenuate proteasome activity of Plasmodium, which resulted in an accumulation of ubiquitinated proteins after incubation with their IC80 concentrations. Our results indicate that the parasite's proteasome could be an attractive target for therapeutic intervention. In this regard, thiostrepton derivatives are promising candidates by dually acting on two independent targets, the proteasome and the apicoplast, with the capacity to eliminate both intraerythrocytic asexual and transmission stages of the parasite. To further support our findings, we evaluated the activity of a new class of antimalarial and proteasome inhibitors namely peptidyl sulfonyl fluorides on gametocyte maturation and analogues AJ34 and AJ38 were able to completely suppress gametocytogenesis at IC50 concentrations (0.23 µM and 0.17 µM respectively) suggesting a strong transmission blocking potential. The proteasome, a major proteolytic complex, responsible for the degradation and re-cycling of non-functional proteins has been studied only indirectly in P. falciparum. In addition, an apparent proteasome-like protein with similarity to bacterial ClpQ/hslV threonine-peptidases was predicted in the parasite. Antibodies were generated against the proteasome subunits alpha type 5 (α5-SU), beta type 5 (β5-SU) and pfhslV in mice and we showed that the proteasome is expressed in both sexual and asexual blood stages of P. falciparum, where they localize in the nucleus and in the cytoplasm. However, expression of PfhslV was only observed in trophozoites and shizonts. The trafficking of the studied proteasome subunits was further investigated by generating parasites expressing GFP tagged proteins. The expression of α5-SU-GFP in transgenic parasite appeared to localize abundantly in the cytoplasm of all blood stages, and no additional information was obtained from this parasite line. In conclusion, our data highlight two new tools towards combination therapy. Hybrid molecules represent promising tools for the cure of co-infected individuals, while very potent antibiotics with a wide scope of activities could be useful in ACTs by eliminating resistant parasites and limiting transmission of both, resistances and disease.},
  subject      = {Malaria},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Jacobs2011,
  author    = {Jacobs, Graeme Brendon},
  title     = {HIV-1 resistance analyses from therapy-na{\"i}ve patients in South Africa, Tanzania and the characterization of a new HIV-1 subtype C proviral molecular clone},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-67319},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {The acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) is currently the most infectious disease worldwide. It is caused by the human immunodeficiency virus (HIV). At the moment there are ~33.3 million people infected with HIV. Sub-Saharan Africa, with ~22.5 million people infected accounts for 68\% of the global burden. In most African countries antiretroviral therapy (ART) is administered in limited-resource settings with standardised first- and second-line ART regimens. During this study I analysed the therapy-na{\"i}ve population of Cape Town, South Africa and Mwanza, Tanzania for any resistance associated mutations (RAMs) against protease inhibitors, nucleoside reverse transcriptase inhibitors and non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors. My results indicate that HIV-1 subtype C accounts for ~95\% of all circulating strains in Cape Town, South Africa. I could show that ~3.6\% of the patient derived viruses had RAMs, despite patients being therapy-na{\"i}ve. In Mwanza, Tanzania the HIV drug resistance (HIVDR) prevalence in the therapy-na{\"i}ve population was 14.8\% and significantly higher in the older population, >25 years. Therefore, the current WHO transmitted HIVDR (tHIVDR) survey that is solely focused on the transmission of HIVDR and that excludes patients over 25 years of age may result in substantial underestimation of the prevalence of HIVDR in the therapy-na{\"i}ve population. Based on the prevalence rates of tHIVDR in the study populations it is recommended that all HIV-1 positive individuals undergo a genotyping resistance test before starting ART. I also characterized vif sequences from HIV-1 infected patients from Cape Town, South Africa as the Vif protein has been shown to counteract the antiretroviral activity of the cellular APOBEC3G/F cytidine deaminases. There is no selective pressure on the HIV-1 Vif protein from current ART regimens and vif sequences was used as an evolutionary control. As the majority of phenotypic resistance assays are still based on HIV-1 subtype B, I wanted to design an infectious HIV-1 subtype C proviral molecular clone that can be used for in vitro assays based on circulating strains in South Africa. Therefore, I characterized an early primary HIV-1 subtype C isolate from Cape Town, South Africa and created a new infectious subtype C proviral molecular clone (pZAC). The new pZAC virus has a significantly higher transient viral titer after transfection and replication rate than the previously published HIV-1 subtype C virus from Botswana. The optimized proviral molecular clone, pZAC could be used in future cell culture and phenotypic HIV resistance assays regarding HIV-1 subtype C.},
  subject      = {HIV},
  language  = {en}
}