TY  - THES
A1  - Brado, Dominik Alexander
T1  - Genetic diversity and baseline drug resistance of South African HIV-1 Integrase sequences prior to the availability of Integrase strand-transfer inhibitors
T1  - Genetische Variabilität und medikamentöse Resistenz südafrikanischer HIV-1 Integrase Sequenzen vor der Verfügbarkeit von Integrase Strang-Transfer Inhibitoren
N2  - 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-naïve 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-naïve, 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.
N2  - Hintergrund: Integrase Strang-Transfer Inhibitoren (INSTIs) sind die neuste medikamentöse Ergänzung in der Therapie einer HIV-Infektion. Auf Grund ihrer starken Wirksamkeit und eines guten Nebenwirkungsprofils sind INSTIs in den letzten Jahren ein integraler Bestandteil von Erstlinien-Therapieregimen in den meisten wirtschaftlich starken Ländern geworden. Allerdings ist wenig bekannt über die genetische Variabilität des IN-gens und über ihren Einfluss auf die Entwicklung von INSTI-Resistenzen. Mit einem Anteil von über 20% der globalen HIV-Last (7,7 / 37,9 Millionen Menschen) benötigt Südafrika einen internationalen Fokus, um die von UNAIDS formulierten 90-90-90 Ziele und das mögliche Ende der HIV/AIDS Pandemie bis 2030 auf globaler Ebene zu verfolgen.
Methoden: In dieser Arbeit wurde die Prävalenz von INSTI RAMs in einer Kohorte von 169 archivierten, therapie-naiven Blutproben von mehreren Sammelstellen um Kapstadt, Südafrika, untersucht. Virale RNA wurde aus Plasmaproben isoliert, das Integrase-Fragment mittels RT-PCR amplifiziert und anschließend Sanger-sequenziert. Zusätzlich wurden alle in der Los Alamos HIV Sequenz Datenbank verfügbaren, therapie-naive, südafrikanische IN Sequenzen, die vor der Verfügbarkeit von INSTIs im Jahr 2007 isoliert wurden, der Analyse dieser Arbeit hinzugefügt (n=284). Die Interpretation der gefundenen Mutationen erfolgte mittels der HIV Therapie-Resistenz Datenbank der Stanford Universität. Durch Generierung eines südafrikanischen IN Subtyp C Consensus-Stranges und nachfolgendem Vergleich mit öffentlich verfügbaren Subtyp B und Subtyp C Sequenzen, die außerhalb Südafrikas isoliert wurden, erfolgte die Analyse von natürlich vorkommenden Polymorphismen.
Ergebnisse: Das IN-Fragment konnte in 95/169 Plasmaproben (56%) erfolgreich amplifiziert und sequenziert werden. Phylogenetische Analysen zeigten eine enge Homologie zwischen drei Sequenz-Paaren, woraufhin 3/95 Sequenzen von weiteren Analysen ausgeschlossen wurden. Von den übrigen 92 Sequenzen gehörten 86/92 (93,5%) zu dem Subtyp C, 5/92 (5,4%) zu dem Subtyp B und 1/91 (1,1%) zu dem Subtyp A. Die Prävalenz von Haupt- und Nebenresistenz-Mutationen lag bei jeweils 0/92 (0%) und 1/92 (1,1%). Ähnliche Raten  hierfür von 8/284 (2,8%) und 8/284 (2,8%) konnten in den Datenbank-Sequenzen beobachtet werden (p = 0,2076 und p = 0,6944, Fisher’s exact test). Im Vergleich zu Subtyp B IN Sequenzen waren 15 Polymorphismen signifikant erhöht in südafrikanischen Subtype C IN Sequenzen (korrigiertes p<0,0015, Fisher’s exact test, Bonferroni post-hoc Korrektur). Im
 
Vergleich zu nicht-südafrikanischen Subtyp C Sequenzen zeigten sich vier Polymorphismen signifikant erhöht (korrigiertes p<0,0014, Fisher’s exact test, Bonferroni post-hoc Korrektur). Der größte Prävalenzunterschied konnte für den Polymorphismus Met50Ile beobachtet werden. Dieser war vorhanden in 217/361 (60,1%) der südafrikanischen Subtyp C Sequenzen, verglichen zu 203/548 (37.0%) der nicht-südafrikanischen Subtyp C Sequenzen.
Schlussfolgerung: Die niedrige Prävalenz von Haupt- und Neben-RAMs in südafrikanischen IN-Sequenzen verspricht ein gutes Ansprechen von INSTIs in diesem Kontext. Allerdings bedingt das Vorhandensein von natürlichen Polymorphismen, insbesondere der Polymorphismus Met50Ile das weitere Beobachten dieser Mutationen unter dem Einfluss von therapeutischem Druck, da deren Bedeutung in der Entwicklung von INSTI-Resistenzen noch nicht abschließend geklärt werden konnte. Zudem impliziert die in dieser Arbeit gezeigte inter- und intra-subtyp Diversität auf dem IN-Gen, die Notwendigkeit von weiterer Forschung auf regionaler Ebene, da Beobachtungen, die auf verschiedenen polymorphistischen Kontexten beruhen, nicht notwendigerweise auf den südafrikanischen Kontext übertragen werden können. Mit der Einführung eines nationalen, prä-therapeutischen Screening- Programms für das Vorhandensein von INSTI-Resistenzen könnte Südafrika wichtige Einblicke in die Entwicklung von INSTI-Resistenzen gewinnen und somit den 90-90-90 Zielen und der Möglichkeit die AIDS-Pandemie bis zum Jahr 2030 zu beenden, einen Schritt näher sein.
KW  - HIV
KW  - Sequenzanalyse
KW  - HIV Drug resistance
KW  - HIV South Africa
KW  - Integrase inhibitor
KW  - Dolutegravir
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-216562
ER  - 
TY  - THES
A1  - Horn, Anne
T1  - Die Wirkung von Dopamin und Faktoren der dopaminergen Neurotransmission auf HIV-Infektion und Immunaktivierung: Fokus auf Dopamin-assoziierte Gene
T1  - The impact of dopamine and factors influencing the dopaminergic neurotransmission on HIV infection and immune activation: focus on dopamine-associated genes
N2  - HIV verursacht eine progressive Zerstörung des Immunsystems und führt zusätzlich durch Veränderungen im ZNS zu neurokognitiven Störungen (HIV-associated neurocognitive disorders, HAND). Die HIV-Infektion geht mit einer Dysfunktion von dopaminergen Signalwegen einher, die sich unter anderem in einer erhöhten Dopamin-Verfügbarkeit im Liquor von Therapie-naiven HIV-Patienten äußert. Der Grund für die Dysregulation der dopaminergen Signalwege in HIV-Patienten ist nicht geklärt. Aufgrund dessen war das Hauptziel dieser Arbeit die Identifizierung des pathogenetischen Mechanismus, der zu einer erhöhten Dopamin-Konzentration im Liquor von HIV-Patienten führt. Die primäre Hypothese war, dass die erhöhte Dopamin-Verfügbarkeit 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 Häufigkeiten auftreten, b) verschiedene Genotypen mit veränderten Dopamin-Verfügbarkeiten 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. Darüber hinaus wurden zur weiteren klinischen Charakterisierung die Immunmarker MCP-1, sCD14, suPAR und RANTES mit ELISA analysiert, da eine Erhöhung 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 durchgeführt. In dieser Arbeit haben wir gezeigt, dass HIV-Patienten hochsignifikant häufiger homozygot für 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 höhere Dopamin-Verfügbarkeit 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 veränderten Häufigkeit von HAND verbunden.
Zusätzlich weisen deutsche und südafrikanische nicht-infizierte und HIV-infizierte Personen mit dem DAT 10/10-Genotyp eine signifikant höhere MCP-1-Konzentration im Plasma auf als Personen mit anderen DAT-Genotypen (p = 0,0076). Keiner der Immunmarker ist mit der Dopamin-Verfügbarkeit assoziiert. Dennoch ist die Immunaktivierung in südafrikanischen HIV-Patienten im Vergleich zu nicht-infizierten Südafrikanern signifikant erhöht: HIV-Patienten zeigen im Vergleich zu nicht-infizierten Personen eine stärkere T-Zell-Aktivierung (p = 0,0001), eine erhöhte 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 erhöhte Immunaktivierung in den südafrikanischen HIV-Patienten durch die Koinfektion mit Echinoccocus oder durch genetische Polymorphismen bei Chemokinen hervorgerufen wird. Eine chronisch erhöhte Immunaktivierung stellt eine treibende Kraft für die Virusreplikation dar und kann letztendlich zu einer Erschöpfung des Immunsystems führen. 
Der 10/10-Genotyp des DAT VNTR könnte einen Risiko-Faktor für die HIV-Infektion darstellen, da dieser eine erhöhte Dopamin-Verfügbarkeit nach sich zieht. Dopamin aktiviert HIV in chronisch infizierten T-Lymphoblasten und führt zudem zu einer erhöhten 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 völlig geklärt, ob die erhöhte Dopamin-Konzentration ausschließlich durch den Genotyp hervorgerufen oder auch durch die HIV-Infektion begünstigt wird.
N2  - HIV infection has adverse effects on the immune system and also leads to a HIV-associated neurocognitive disorder (HAND) due to changes within the CNS. It is associated with a dysfunction of dopaminergic pathways which amongst others involves an increased dopamine availability within the cerebrospinal fluid (CSF) of therapy naïve HIV patients. The reason for the dysregulation of dopaminergic pathways has not been found yet. Therefore, the main goal of this work was the identification of the pathogenetic mechanism leading to an elevated dopamine availability. The primary hypothesis was that the higher dopamine availability is not caused by the virus itself but rather by the genetic background of HIV patients. That is why we analyzed genetic polymorphisms which influence the dopaminergic neurotransmission. We hypothesized that a) different genotypes of these polymorphisms occur with different frequencies in HIV infected and uninfected individuals, b) different genotypes are associated with changes in dopamine availability, c) different genotypes have an impact on markers of HIV disease progression and d) different genotypes influence immune activation. We analyzed the polymorphisms BDNF Val66Met, COMT Val108/158Met, DAT 3‘-UTR VNTR, DRD2 TaqIα, DRD3 Ser9Gly und DRD4 VNRT in 190 HIV infected and uninfected participants of different ethnicities by PCR, restriction digestion and agarose gel electrophoresis and the expression of the dopamine transporter by real time PCR. For further clinical characterization the immune markers MCP-1, RANTES, sCD14 and suPAR were measured by ELISA as they are associated with HIV disease progression. The analysis of T cell activation (CD3/CD8/CD38/HLA-DR) was performed using flow cytometry. We found that HIV patients are highly significantly more often homozygous for the 10-repeat allele of the dopamine transporter polymorphism than uninfected individuals (57.1 % and 26.8 %, respectively, p = 0.001, OR = 3.93, 95 % CI 1.72 – 8.96, direct logistic regression analysis). HIV patients and uninfected subjects with this genotype display a significantly higher dopamine availability in CSF compared to people with the 9/10 genotype (p = 0.03) and significantly decreased mRNA expression of the dopamine transporter on PBMCs (p = 0.05). However, the DAT 10/10 genotype compared to other genotypes is neither linked to a difference in CD4 T cell counts and viral loads nor to an altered frequency of HAND. Additionally, German and South African uninfected and HIV infected participants with the DAT 10/10 genotype show higher concentrations of MCP-1 in plasma (p = 0.0076). None of the immune markers is associated with dopamine availability. In contrast, immune activation is significantly higher in South African HIV patients compared to uninfected subjects. HIV patients display an augmented T cell activation (p = 0.0001), an elevated plasma concentration of MCP-1 (p = 0.0014), increased sCD14 plasma levels (p = 0.0004) and a higher suPAR concentration in plasma (p = 0.006) compared to uninfected participants. In this study, we could not provide evidence that the higher immune activation in South African HIV patients is due to the parasitic infection Echinococcus or due to genetic polymorphisms of chemokines. A chronically elevated immune activation represents a driving force for viral replication and can lead eventually to the exhaustion of the immune system. 
The 10/10 genotype of the DAT VNTR could be a risk factor for HIV infection as this genotype causes a higher dopamine availability. Dopamine activates HIV in chronically infected T lymphoblasts and leads to an enhanced expression and secretion of TNF-α which in turn results in an induction of HIV expression. These results emphasize the interaction of dopamine and HIV. However, it has not been completely elucidated whether the elevated dopamine availability is entirely associated with the genotype or it might be a consequence of HIV infection.
KW  - Dopamin
KW  - HIV
KW  - Polymorphismus
KW  - Dopamin-Transporter
KW  - HIV-assoziierte neurokognitive Störung (HAND)
KW  - Immunaktivierung
KW  - Liquor
KW  - Dopamine transporter
KW  - HIV-associated neurocognitive disorder (HAND)
KW  - Immune activation
KW  - Cerebrospinal fluid (CSF)
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-107639
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nowotny, Boris
T1  - Etablierung von zellulären Testsystemen für die Identifizierung von neuartigen Inhibitoren des HIV-1 Vif-induzierten APOBEC3G-Abbaus
T1  - Establishment of cellular test systems for the identification of novel inhibitors of the HIV-1 Vif-induced APOBEC3G- degradation
N2  - Als einer der ersten gegen HIV gerichteten Restriktionsfaktoren konnte die Cytidindeaminase APOBEC3G isoliert werden. Dieses zelluläre Enzym hemmt äußerst effizient die Replikation von HIV. Weiterführende Untersuchungen konnten demonstrieren, dass die Hemmung der Virusreplikation hauptsächlich auf einer Deaminase-katalysierten G zu A-Hypermutation des viralen Genoms während 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-abhängigen 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 zellulären Screening-Assays für die Identifizierung von Inhibitoren des Vif induzierten A3G-Abbaus. Im Rahmen dieser Arbeit konnten insgesamt vier fluoreszenzbasierte zelluläre Assays erfolgreich entwickelt und als Screeningsysteme für 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 primären Assay für die Identifizierung von Inhibitoren des Vif induzierten A3G-Abbaus dar und wird durch zwei weitere Zelllinien-basierte Assays ergänzt. Diese sekundäre Assays erlauben die Detektion von Substanzen, die falsch-positive oder falsch-negative Signale im A3G-Abbauassays generieren. Zusammengenommen ermöglichen die drei Assays die präzise 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 repräsentiert damit ein weiteres Testsystem für 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 für die Identifizierung von spezifischen Inhibitoren des A3G-Abbaus etabliert werden. Diese Systeme werden zukünftig dazu beitragen, dass Auffinden von neuartigen Therapeutika für die Behandlung von HIV-Infektionen zu beschleunigen.
N2  - One of the first cellular HIV restriction factors isolated was the cytosine deaminase APOBEC3G. This cellular enzyme was shown to efficiently inhibit the replication of HIV and other viruses. Further research revealed that restriction of the viral replication is primarily based on a deaminase-catalyzed G to A hypermutation of the viral genome during reverse transcription. As a mode of counteraction, the HIV-1 encoded accessory protein Vif (virion infectivity factor) binds to A3G leading to its ubiquitin-dependent proteasomal degradation. It has been hypothesized that inhibition of the A3G degradation rescues the antiviral properties of the APOBEC3 protein and thus represents an attractive target for novel antiretroviral drugs. Therefore, the goal of this study was to establish cellular screening assays for the identification of inhibitors of the Vif mediated A3G degradation. Four fluorescent based cellular assays have been established for the screening of small organic compounds. Three of these assays are based on stable cell lines, one of which co-expresses Vif and an EYFP tagged A3G protein. This so-called A3G degradation assay represents the primary assay for identification of degradation inhibitors and is complemented by two additional cell line based assays. These secondary assays enable the detection of compounds generating false-positive or false-negative signals in the A3G degradation assay. These systems allow the precise identification of true-positive A3G degradation inhibitors and thus representing a significant improvement of existing screening platforms. Furthermore, a cellular assay based on the bimolecular fluorescence complementation (BiFC) was developed. The BiFC-assay measures the direct interaction between Vif and ElonginC in living cells and can be used as a new screening platform for identification of inhibitors targeting the Vif- ElonginC interaction, which is an essential step in the A3G degradation sequence. The aim of the second part of the project was the application of the established screening assays for testing of derivatives of the Vif antagonist RN-18 and rational designed inhibitors targeting the direct interaction between Vif and ElonginC. As a result of the compound testing it was shown, that RN-18 is cytotoxic and generates a false-positive signal in the A3G degradation assay. In case of the Vif-ElonginC interaction inhibitors one compound exhibited a strong inhibitory effect on A3G degradation in an initial screen. Taken together, screening assays for the precise identification of specific inhibitors of the A3G degradation were successfully established. These screening assays will accelerate the identification of novel anti-HIV agents.
KW  - Inhibitor
KW  - Screening
KW  - HIV
KW  - APOBEC3G
KW  - HIV-1 Vif
KW  - Inhibitor
KW  - Screening
KW  - APOBEC3G
KW  - HIV-1 Vif
KW  - Inhibitor
KW  - Screening
KW  - Restriktionsenzym
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70477
ER  - 
TY  - THES
A1  - Aminake, Makoah Nigel
T1  - 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
T1  - Die Entwicklung von Malaria-Kombinationstherapien: Die Charakterisierung von Hybridmolekülen für eine HIV/Malaria-Kombinationstherapie und von Thiostrepton als ein gegen das Proteasom-gerichtetes Antibiotikum mit dualem Wirkmodus
N2  - 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.
N2  - Malaria und HIV gehören zu den wichtigsten weltweiten Gesundheitsproblemen unserer Zeit und verursachen jährlich zusammen fast drei Millionen Todesfälle. Das Verbreitungsgebiet beider Krankheit überschneidet sich in vielen Weltregionen wie Afrika südlich der Sahara, Südostasien und Südamerika, was zu einem erhöhten Risiko für Koinfektionen führt. Während der vorliegenden Arbeit stellten wir Hybridmoleküle her und charakterisierten diese in Bezug auf ihre gleichzeitige Wirksamkeit gegen P. falciparum und HIV mit dem Ziel einer möglichen Kombinationstherapie gegen beide Krankheiten. Diese Hybridmoleküle wurden durch kovalente Verbindung von Azidothymidin (AZT) mit Dihydroartemisinin (DHA), Tetraoxan und Chloroquin (CQ) hergestellt. Die dabei hergestellte kleine Molekülsammlung wurde auf antivirale Wirkung und Wirkung gegen Malaria getestet. In vitro ist, gemäß unserer Daten, Dihyate das wirksamste Molekül, mit einer dem DHA vergleichbaren Wirksamkeit gegen Plasmodium (IC50 = 26 nM, SI > 3000), einer mittelmäßigen Wirksamkeit gegen HIV (IC50 = 2.9 µM; SI > 35) und keiner Wirkung auf HeLa-Zellen bei den im Versuch verwendeten Konzentrationen (CC50 > 100 µM). Weiterhin ergaben pharmakokinetische Studien, dass Dihyate metabolisch instabil ist und nach einer O-Dealkylierung gespalten wird, sobald es in Kontakt mit Cytochrom P450 Enzymen kommt. Dies erklärt auch die Unwirksamkeit von Dihyate gegen dem CQ-sensitiven P. berghei N Stamm im Mausversuch bei oraler Gabe von 20mg/kg. Wir berichten hier von einem ersten Ansatz Hybridmoleküle gegen Malaria/ HIV zu entwickeln. Zukünftige Verbesserungen werden darauf abzielen Hybridmoleküle der zweiten Generation herzustellen um sowohl die Wirksamkeit gegen HIV als auch die Bioverfügbarkeit zu verbessern. Auf Grund der Entwicklung von Resistenzen gegenüber sämtliche Substanzen, die zusammen mit Artemisinin in Kombinationstherapien genutzt werden, hat die Verwendung von Antibiotika bei der Behandlung der Malaria das Interesse daran neu geweckt, Antibiotika mit starker Wirksamkeit gegenüber Plasmodium aufzuspüren. Während der vorliegenden Studie untersuchten wir die Wirksamkeit von Thiostrepton und seinen Derivaten gegenüber Plasmodium. Diese Derivate wurden durch Kombinationen von Verkürzung der Seitenkette, Oxidation und der Anbringung von lipophilen Thiolen an die endständige Dehydroaminosäure hergestellt. Wir konnten zeigen, dass die Derivate SS231 und SS234 (IC50 = 1 µM SI > 59 und SI > 77) eine bessere Wirksamkeit gegen Plasmodium besitzen als Thiostrepton (IC50 = 8.95 µM, SI = 1.7). Diese Wirksamkeit konnte bei Konzentrationen beobachtet werden, die nicht hämolytisch sind und ungiftig gegenüber menschlichen Zelllinien. Thiostrepton und seine Derivate zeigten transmissionsblockierende Eigenschaften, wenn sie in Konzentrationen, die ihren IC50- oder IC90-Werten entsprachen, eingesetzt wurden. Unsere Daten zeigen auch, dass diese Substanzen die Aktivität des Proteasoms von Plasmodium abschwächen, was zu einer Anreicherung von ubiquitinierten Proteinen führte, wenn die Parasiten mit den Substanzen in IC80-Konzentrationen inkubiert wurden. Unsere Ergebnisse sprechen dafür, dass das Proteasom ein attraktives Ziel für therapeutische Maßnahmen sein kann. In diesem Zusammenhang sind die Derivate des Thiostreptons vielversprechende Kandidaten, da sie gleichzeitig an zwei unabhängigen Zielstrukturen angreifen, dem Proteasom und dem Apicoplasten und die Fähigkeit besitzen, sowohl die asexuellen Blutstadien als auch diejenigen Blutstadien, die für die Weitergabe des Parasiten verantwortlich sind, zu beseitigen. Um unsere Ergebnisse weiter zu untermauern, untersuchten wir die Wirkung von Peptidyl-Sulfonyl-Fluoriden, einer neuen Klasse von Substanzen mit Wirksamkeit gegen Malaria und hemmender Wirkung gegenüber dem Proteasom auf die Reifung von Gametozyten. Die Substanzen AJ34 und AJ38 unterdrückten die Bildung von Gametozyten vollständig, wenn sie in Konzentrationen, die ihren IC50-Werten (0.23 µM und 0.17 µM) entsprachen, eingesetzt wurden. Dies spricht für ein starkes transmissionsblockierendes Potential dieser Substanzen. Das Proteasom, ein bedeutender proteinabbauender Komplex, der für den Abbau und die Wiedergewinnung nicht funktioneller Proteine verantwortlich ist, wurde bisher nur indirekt in P. falciparum untersucht. Zusätzlich wurde die Existenz eines, dem Proteasom-ähnlichen, Proteins mit Ähnlichkeiten zu bakteriellen ClpQ/hslV Threonin-Peptidasen in Plasmodium vermutet. Gegen die Untereinheiten alpha 5 (α5-SU), beta 5 (β5-SU) und gegen pfhslV wurden in Mäusen Antikörper generiert. Mit diesen konnten wir zeigen, dass das Proteasom sowohl in den asexuellen als auch in den sexuellen Blutstadien von P. falciparum exprimiert wird und im Zellkern und im Zytoplasma lokalisiert sind. Die Expression von PfhslV konnte jedoch nur in Trophozoiten und Schizonten beobachtet werden. Der Transport der Proteasomuntereinheiten wurde weiterhin durch die Herstellung von transgenen Parasiten, die GFP-markierte Proteine bilden, untersucht. Die Expression von α5-SU-GFP in transgenen Parasiten schien im Zytoplasma aller Blutstadien lokalisiert zu sein, wobei durch diese Parasiten keine zusätzlichen Informationen gewonnen werden konnten. Zusammengefasst sprechen unsere Daten für zwei neue Werkzeuge für Kombinationstherapien. Hybridmoleküle sind vielversprechende Werkzeuge zur Heilung von gleichzeitig mit Malaria und HIV infizierten Patienten. Sehr wirksame Antibiotika mit einem breiten Wirkungsspektrum könnten in Artemisinin-Kombinationstherapien nützlich werden, wenn es darum geht, resistente Parasiten zu beseitigen und die Übertragung sowohl der Resistenz als auch der Krankheit zu verringern.
KW  - Malaria
KW  - HIV
KW  - Thiostrepton
KW  - Arzneimitteldesign
KW  - Malaria
KW  - HIV
KW  - co-infection
KW  - drug
KW  - screening
KW  - hybrid
KW  - proteasome
KW  - thiostrepton
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71841
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jacobs, Graeme Brendon
T1  - HIV-1 resistance analyses from therapy-naïve patients in South Africa, Tanzania and the characterization of a new HIV-1 subtype C proviral molecular clone
T1  - HIV-1 Resistenz-Analysen von nicht-therapierten Patienten aus Südafrika und Tansania und Charakterisierung eines neuen HIV-1 Subtyp C proviralen molekularen Klons
N2  - 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-naïve 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-naïve. In Mwanza, Tanzania the HIV drug resistance (HIVDR) prevalence in the therapy-naïve 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-naïve 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.
N2  - Das erworbene Immundefektsyndrom (“acquired immunodeficiency syndrome”, AIDS), verursacht durch das Humane Immundefizienzvirus (HIV), ist derzeit die häufigste Infektionskrankheit weltweit. Zirka 33,3 Millionen Menschen sind gegenwärtig mit HIV infiziert, wobei hiervon etwa 22,5 Millionen Infizierte (68%) in den Ländern südlich der Sahara leben. In den meisten dieser Länder ist die antiretrovirale Therapie (ART) in nur zwei standardisierten Medikamentenkombinationen verfügbar. In dieser Arbeit wurden nichttherapierte Patienten aus Kapstadt (Südafrika) und Mwanza (Tansania) auf resistenzassoziierte Mutationen (RAMs) gegen Protease Inhibitoren, nukleosidische- und nichtnukleosidische Reverse Transkriptase Inhibitoren analysiert. Meine Ergebnisse zeigten, dass in 3,6 % der Patienten RAMs gefunden wurden, obwohl diese nicht vortherapiert waren. In der Patientengruppe aus Tansania wurden sogar in 14,8 % der Patientenviren RAMs gefunden. Dieses Patientenkollektiv war signifikant älter als 25 Jahre und damit außerhalb der von der WHO beobachteten Altersgruppe. Meine Studie legt nahe, dass die WHO-Kriterien zur Überwachung der Übertragung von resistenten HIVs die Weitergabe von resistenten Viren unterschätzt, da Patienten über 25 Jahre ausgeschlossen werden. Weiterhin wurden vif Sequenzen von HIV-1 infizierten Patienten aus Kapstadt charakterisiert, da bereits gezeigt wurde, dass das HIV Vif Protein die antiretrovirale Aktivität der Cytidin Deaminase APOBEC3G/F antagonisieren kann. Da jedoch keine Medikamenten induzierte Selektion auf diesen Sequenzen liegt, wurden diese zur Analyse der viralen Evolution verwendet. Phenotypische Resistenzanalysen basieren gegenwärtig meist auf dem HIV Subtyp B, jedoch sind die meisten Infizierten in Südafrika und sogar weltweit mit Subtyp C infiziert. Deshalb war es ein Ziel dieser Arbeit einen proviralen HIV Subtyp C Plasmid zu entwickeln. Dazu wurde das Virus aus einem frühen HIV Subtyp C Isolat kloniert. Das hier neu klonierte Virus (HIV-ZAC) zeigt sowohl einen höheren viralen Titer nach der Transfektion und auch eine höhere Replikationsrate als das zuvor publizierte HIV-1 Suptyp C Virus aus Botswana. Deshalb könnte der von mir optimierte und neu charakterisierte provirale molekulare Klon, pZAC, zukünftig in der Zellkultur und bei phenotypischen HIV Resistenztests als wildtypisches HIV-1 Suptyp C Virus eingesetzt werden.
KW  - HIV
KW  - Immunität <Medizin>
KW  - Südafrika
KW  - Tansania
KW  - HIV-1
KW  - Subtyp C
KW  - HIV-1
KW  - resistance
KW  - diversity
KW  - South Africa
KW  - Tanzania
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67319
ER  -