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Dies ist ein Lehrbuch über die HIV-1 Replikation, Pathogenese und Therapie. Es richtet sich an Studenten der Biologie und der Medizin, die etwas mehr über HIV erfahren wollen und stellt neben virologischen Themen auch die zellulären Grundlagen dar. Es umfasst den Viruseintritt, die reverse Transkription, Genom-Integration, Transkriptionsregualtion, die Kotrolle des Spleißens, der Polyadenylierung und des RNA-Exportes. Die Darstellung wird abgerundet mit Kapiteln zum intrazellulärem Transport, zu Nef und zum Virusassembly. In zwei weiteren Kapitel wird die HIV-1 Pathogenese und die Therapie besprochen. Zur Lernkontrolle sind den Kapiteln Fragen und auch Klausurfragen angefügt.
In common with most viruses, measles virus (MV) relies on the integrity of the cytoskeleton of its host cells both with regard to efficient replication in these cells, but also retention of their motility which favors viral dissemination. It is, however, the surface interaction of the viral glycoprotein (gp) complex with receptors present on lymphocytes and dendritic cells (DCs), that signals effective initiation of host cell cytoskeletal dynamics. For DCs, these may act to regulate processes as diverse as viral uptake and sorting, but also the ability of these cells to successfully establish and maintain functional immune synapses (IS) with T cells. In T cells, MV signaling causes actin cytoskeletal paralysis associated with a loss of polarization, adhesion and motility, which has been linked to activation of sphingomyelinases and subsequent accumulation of membrane ceramides. MV modulation of both DC and T cell cytoskeletal dynamics may be important for the understanding of MV immunosuppression at the cellular level.
Bacterial glucuronidase as general marker for oncolytic virotherapy or other biological therapies
(2011)
Background: Oncolytic viral tumor therapy is an emerging field in the fight against cancer with rising numbers of clinical trials and the first clinically approved product (Adenovirus for the treatment of Head and Neck Cancer in China) in this field. Yet, until recently no general (bio)marker or reporter gene was described that could be used to evaluate successful tumor colonization and/or transgene expression in other biological therapies. Methods: Here, a bacterial glucuronidase (GusA) encoded by biological therapeutics (e.g. oncolytic viruses) was used as reporter system. Results: Using fluorogenic probes that were specifically activated by glucuronidase we could show 1) preferential activation in tumors, 2) rena l excretion of the activated fluorescent compounds and 3) reproducible detection of GusA in the serum of oncolytic vaccinia virus treated, tumor bearing mice in several tumor models. Time course studies revealed that reliable differentiation between tumor bearing and healthy mice can be done as early as 9 days post injection of the virus. Regarding the sensitivity of the newly developed assay system, we could show that a single infected tumor cell could be reliably detected in this assay. Conclusion: GusA therefore has the potential to be used as a general marker in the preclinical and clinical evaluation of (novel) biological therapies as well as being useful for the detection of rare cells such as circulating tumor cells
Eine Infektion mit dem humanen Cytomegalievirus ist immer noch eine der häufigsten und bedrohlichsten Komplikationen nach einer allogenen Stammzelltransplantation (SCT), welche eine hohe Morbidität und Mortalität verursacht. Die prophylaktische oder preämptive antivirale Chemotherapie konnte den frühen Ausbruch einer CMV-Erkrankung während der ersten 100 Tage nach SCT signifikant reduzieren, jedoch kommt es dadurch häufig zu einem späten Ausbruch der CMV-Erkrankung und schwerwiegenden Nebenwirkungen wie Myelotoxizität und Nephrotoxizität. Zur Bekämpfung und Langzeitkontrolle einer CMV-Infektion ist eine effiziente zellvermittelte CMV-spezifische Immunität unabdingbar. Im Rahmen dieser Dissertation, wurden deshalb drei CMV-Vakzinkandidaten basierend auf dem hoch attenuierten Modifizierten Vaccinia Ankara Virus (MVA), welche stabil pp65 und/oder IE1 (MVA-IE1, MVA-pp65, and MVA-IE1-pp65) exprimieren und zugleich frei von Selektionsmarkern sind, auf ihre Fähigkeit hin untersucht CMV-spezifische T-Zellantworten zu induzieren. Als erstes wurden humane mononukleäre Zellen des periphären Blutes (PBMCs) und Leukozytensubpopulationen (aus Monozyten generierte dendritische Zellen (DCs), Monozyten und B-Zellen) mit MVA infiziert um deren Infektionsrate, Veränderungen in der Expression der Oberflächenmarker und der Zytokinexpression sowie deren Apoptoserate zu untersuchen. Monozyten, DCs und B-Zellen waren besonders empfänglich für eine MVA-Infektion, gefolgt von NK-Zellen. Monozyten wurden stark aktiviert, was sich durch eine erhöhte Expression der kostimulatorischen Moleküle, MHC-Komplexe und CCR7 zeigte, wohingegen DCs eine inkomplette Aktivierung vorwiesen und B-Zellen gehemmt wurden. Des Weiteren wurde die Expression von CXCL10, TNFa, IL-6 und IL-12 signifikant in den Antigen-präsentierenden Zellen (APCs) erhöht, aber die von IL-1b und IL-10 blieb unverändert oder wurde sogar signifikant reduziert. MVA induzierte also eine Th1-polarisierenden Zytokinexpression in den APCs. Allerdings konnten CMV-spezifische T-Zellen nicht mit direkter Antigenpräsentation durch DCs expandiert werden, da die DCs nach Infektion mit MVA schnell durch Apoptose starben und eine unzureichende Expression der kostimulatorischen Moleküle und MHC-Komplexe aufwiesen. Vielmehr konnte gezeigt werden, dass die erfolgreiche Expansion CMV-spezifischer T-Zellen mittels Kreuzpräsentation von Antigenen MVA-infizierter Leukozyten durch DCs erfolgte. Die Phagozytose von apoptotischen Material von MVA-infizierten Leukozyten mit anschließender Antigenprozessierung induzierte eine vollständige Ausreifung der DCs in vitro einhergehend mit erhöhter IL-12-Expression, was erheblich zu einer erfolgreiche T-Zell-Stimulation und –Expansion beitrug. Neben pp65-spezifischen T-Zellen wurden auch IE1-spezifische T-Zellen expandiert, wenn auch in einem geringeren Ausmaß. Der größte Teil der expandierten T-Zellen wies einen Effektor-Gedächtnis-(EM)-Phänotyp auf. Ein kleinerer Anteil besaß jedoch einen zentralen Gedächtnis-(CM)-Phänotyp, welcher bekannt ist für eine Langzeitpersistenz und eine erfolgreiche Etablierung eines T-Zell-Gedächtnis-Pools. Darüber hinaus wurden keine Vaccinia-spezifischen T-Zellen der pockengeimpften Spender expandiert. Wodurch ist die Immunogenität der CMV-Antigene nicht beeinträchtigt ist. Die drei untersuchten MVA-CMV-Vakzinkandidaten erfüllen alle Stabilitäts-, Immunogenitäts- und Sicherheitsbestimmungen der Europäischen Arzneimittelbehörde (EMEA) für virale Vektorimpfstoffe und sind deshalb bereit für die cGMP-Produktion und anschließende klinische Prüfung.
Die Morphogenese von Viruspartikeln und deren Freisetzung aus infizierten Zellen sind späte Schritte im viralen Lebenszyklus. Matrix-Proteine (M) negativsträngiger RNA-Viren und Retroviren, bei denen es sich um periphere Membran-assoziierte Proteine handelt, spielen für diese Prozesse eine besonders wichtige Rolle. Im Verlauf der Masernvirus (MV)-Infektion interagiert das M-Protein mit dem viralen Nukleoproteinkomplex im Innern der Viruspartikel einerseits und mit den viralen Glykoproteinen auf der Oberfläche andererseits. Die Bedeutung des MV M-Proteins für die Partikelproduktion und sein intrazellulärer Transport wurden bislang wenig untersucht. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das MV M-Protein in höhermolekularen Komplexe oligomerisiert und transient mono-ubiquitiniert vorliegt. Beide biochemischen Eigenschaften des M-Proteins sind wahrscheinlich für die Partikelentstehung von Bedeutung, wie durch Studien an M-Protein-Orthologen anderer Viren bereits belegt wurde. Das MV M-Protein assoziierte mit Membranen und speziellen Membranmikrodomänen, sogenannten Detergenz-resistenten Membranfraktionen (DRMs), und vermittelte nach transienter Expression in Fibroblasten die Produktion Virus-ähnlicher Partikel (virus-like particles, VLPs). Es ist beschrieben, dass umhüllte Viren präferenziell aus DRMs freigesetzt werden. Die Koexpression des MV-Glykoproteins F erhöhte den Anteil mit DRM-assoziierten M-Proteins um ein Vierfaches, steigerte jedoch, wie auch das H-Protein, die Effizienz der VLP-Freisetzung nicht. Überraschenderweise waren beide jedoch selbst in der Lage VLPs zu induzieren. Die Effizienz der VLP-Produktion war gering und entsprach der der Viruspartikelfreisetzung. Dendritische Zellen (DCs) sind für MV semipermissiv. Obwohl alle viralen Proteine synthetisiert werden, wird kein infektiöses Virus freigesetzt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die intrazelluläre Lokalisation der M-, H- und N-Proteine dramatisch von der in der produktiv infizierbaren Fibroblastenzelllinie HeLa abweicht. Während in infizierten HeLa-Zellen das M-Protein mit Lamp-1-positiven späten Endosomen kolokalisierte, akkumulierten in DCs alle untersuchten viralen Proteine in einem spät endosomalen Kompartiment, das das Tetraspanin CD81, aber nicht Lamp-1, enthielt und möglicherweise an der MHC-Klasse-II-abhängigen Antigenpräsentation beteiligt ist.
In order to establish criteria for the Serodiagnosis of foamy virus infections we investigated the extent to which sera from iofected individuals of human and primate origin react with structural and non-structural virus proteins in immunoblot assays. Using lysates from infected cells as the source of virus antigen, antibodies were preferentially detected against the Gag proteins and the non-structural Bet protein. Both the Gag precursor molecules of 70 and 74K apparent M\(_r\) and the cytoplasmic 60K M\(_r\) Bet protein were found to be phosphorylated, the latter being synthesized in large amounts in infected cells. Rahbit antiserum raised against recombinant human foamy virus (HFV) Gag major capsid protein cross-reacted with foamy viruses of chimpanzee, gorilla, orang-utan, rhesus monkey and Mrican green monkey origin. This was reßected by a broad cross-reactivity of the respective monkey sera to the Gag proteins of the various foamy virus isolates. Cross-reactivity of antisera against the Bet protein was restricted to viruses from man and the great apes. Recombinant Gag and Bet proteins expressed in prokaryotes or in insect cells were readily recognized by foamy virus-positive primate sera. Screening serum samples from chimpanzees with HFV Gag and Bet proteins expressed by recombinant baculoviruses revealed that 18 out of 35 (52%) were positive for Gag antibodies. Of these, 13 (72 o/o) showed antiborlies against the Bet protein, indicating that Bet antigen is of value in sero1ogical screening for foamy virus infections.
All foamy viruses give rise to a strong nuclear staining when infected cells are reacted with sera from infected hosts. This nuclear ftuorescence distinguishes foamy viruses from all other retroviruses. The experiments reported here indicate that the foamy virus Gag precursor protein is transiently located in the nuclei of infected cells and this is the likely reason for the typical foamy virus nuclear fluorescence. By using the vaccinia virus expression system, a conserved basic sequence motif in the nucleocapsid domain of foamy virus Cag proteins was identified to be responsible for the nuclear transport of the gag precursor molecule. Tbis motif was also found to be able to direct a heterologous protein, the Gag protein of human immunodeficiency virus, into the nucleus.
The human foamy virus (HFV) bel-l transactivator protein was expressed in insect cells by a recombinant baculovirus. For the generation of the recombinant baculovirus, Acbel-1, the bel-l gene of an HFV mutant was used, that bears truncations in the bel-l overlapping bel-2 open reading frame. Acbel-1 infected Sf9 cells produced high amounts of recombinant protein of the same electrophoretic mobility (36 kD) as bel-l expressed in mammalian cells. The baculovirus expressed bel-l proteinwas readily identified by a polyclonal rabbit serum directed against bel-1 in immunoblot assay. As in mammalian cells, bel-l was predominantly localized to the nucleus of Acbel-1 infected insect cells. The baculovirus expressed bel-1 proteinwill be of use to determine the action of this novel viral transactivator more precisely.
In vitro and in vivo infection of rhesus monkey microglial cells by simian immunodeficiency virus
(1993)
The observation that microglial cells in brain tissue are probably a major target for human immunodeficiency virus (HIV) infection has raised interest in the pathogenic role of this cell population for the development of neuro-AIOS. Since it is very difficult to obtain microglia from normal or diseased human brain we studied microglial cells isolated from fresh brain tissue of uninfected and simian immunodeficiency virus (SIV) infected rhesus monkeys (Macacca mulatta) in comparison to peripheral blood macrophages. Besides the characterization of the phenotypes of these two cell populations, we examined the replication of SIV in the cells in addition to the effect of viral infection on the expression of cell surface molecules. We found that microglia and macrophages support replication of the wild-type SIV\(_{mac25}\), strain as well as the infectious clone (SIV\(_239\)). Infectious viruswas produced and a CPE developed. Isolated microglial cells from SIV-infected monkeys were latently infected independent of the presence of neuropathological lesions and produced infectious virus after 20-25 days in culture. In situ hybridization revealed that only a small percentage of isolated microglial cells are productively infected in vivo, yet the majority of these expressed MHC class II molecules. This indicated a state of activation that is acquired in vivo. These findings indicate that microglia are a prime target cell for SIV infection in CNS tissue.
Human foamy viruspol gene fragments were molecularly cloned into a procaryotic expression vector. The expression pattern of the cloned fragments and nucleotide sequence analysis of the 5' pol gene region revealed that in HFV the protease (PR) is located in the pol open reading frame. Purified recombinant proteins were used to generate antibodies in rats. ln immunoblot assay, using infected cells as antigen, a precursor protein with an apparent molecular mass (M,) of 127K was identified by antibodies directed against the reverse transcriptase (RT), RNaseH, or integrase (IN) domeins of pol. With concentrated virus as antigen, the RT and RNaseH antibodies recognized a protein of 80K, the IN antiserum recognized a protein of 40K, and the PR antiserum detected a protein of approximately 10K.
Expression of human foamy virus is differentially regulated during development in transgenic mice
(1992)
Tbe human foamy virus (HFV) is a recently characterized member ofthe spumavirus family. Although no diseases have been unequivocally associated with HFV infection, expression of HFV regulatory genes in transgenie mice induces a characteristic aeute neuro degenerative disease and a myopathy. To better eharaeterize the sequenee of events leading to disease, and to gain a better understanding of the underlying pathogenetic meehanisms, we have analyzed in detail the transgene expression pattern during development. Transcription of a construet containing all regulatory elements and aneillary genes of mv was analyzed by in situ hybridization and was shown to occur in two distinct phases. At midgestation, low but widespread expression was first deteeted in eells of extraembryonie tissues. Later, various tissues originating from embryonie mesoderm, neuroeetoderm, and neural erest transeribed the transgene at moderate levels. However, expression deereased dramatically during late gestation and was suppressed shortly after birth. After a latency period of up to 5 weeks, transeription of the transgene resumed in single eelJs distributed irregularly in the central nervous system and in the skeletal museIe. By the age of 8 weeks, an increasing number of eells displayed much higher expression levels than in embryonie Iife and eventually underwent severe degenerative ehanges. These findings demonstrate that HFV transgene expression is differentially regulated in development and that HFV cytotoxicity may be dose-dependent. Such biphasic pattern of expression differs from that of murine retroviruses and may be explained by the specificity of HFV regulatory elements in combination with cellular faetors. Future studies of this model system should, therefore, provide novel insights in the mechanisms controlling retrovirallatency.