Anne Horn

• 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 desHIV 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.…
• 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 dopamineHIV 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.…