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The process of viral integration into the host genome is an essential step of the HIV-1 life cycle. The viral integrase (IN) enzyme catalyzes integration. IN is an ideal therapeutic enzyme targeted by several drugs; raltegravir (RAL), elvitegravir (EVG), dolutegravir (DTG), and bictegravir (BIC) having been approved by the USA Food and Drug Administration (FDA). Due to high HIV-1 diversity, it is not well understood how specific naturally occurring polymorphisms (NOPs) in IN may affect the structure/function and binding affinity of integrase strand transfer inhibitors (INSTIs). We applied computational methods of molecular modelling and docking to analyze the effect of NOPs on the full-length IN structure and INSTI binding. We identified 13 NOPs within the Cameroonian-derived CRF02_AG IN sequences and further identified 17 NOPs within HIV-1C South African sequences. The NOPs in the IN structures did not show any differences in INSTI binding affinity. However, linear regression analysis revealed a positive correlation between the Ki and EC50 values for DTG and BIC as strong inhibitors of HIV-1 IN subtypes. All INSTIs are clinically effective against diverse HIV-1 strains from INSTI treatment-naïve populations. This study supports the use of second-generation INSTIs such as DTG and BIC as part of first-line combination antiretroviral therapy (cART) regimens, due to a stronger genetic barrier to the emergence of drug resistance.
Der Einfluss des PI3-Kinase Signalwegs auf die Regulation des alternativen HIV-1 prä-mRNA Spleißens
(2013)
In der vorliegenden Arbeit wurden ausgehend von HIV-1 basierten Minigenkonstrukten und der proviralen NL4-3 DNA die Einflüsse der PI3K Signalwegmodulation auf das alternative Spleißen der HIV-1 prä-mRNA sowie auf die Virus Replikation untersucht. Mittels RT-PCR Analysen konnte gezeigt werden, dass die PI3K Inhibition im Falle der HIV-1 basierten Minigenkonstrukte in einer erhöhten Abundanz ungespleißter bzw. intronhaltiger mRNAs resultierte, während im Kontext des Virus die Induktion alternativer Tat Transkriptvarianten nachgewiesen werden konnte. Als Folge der Inhibition des PI3K Signalwegs kam es zu einem vermehrten Einschluss der HIV-1 Leader Exone2/2b und 3. Da der Einschluss dieser Exone durch die hnRNP A/B- und F/H-abhängigen Silencer Elemente ESSV und GI2-1 negativ reguliert wird, wurde vermutet, dass die PI3K Inhibition mit der Funktionalität dieser spleißregulatorischen Aktivität interferiert. Unterstützt wurde diese Hypothese durch Replikationsexperimente mit ESSV und GI2-1 Mutanten in Gegenwart und Abwesenheit des PI3K-Inhibitors. Zusätzlich wurde auch der Einfluss des Inhibitors unter Überexpressionsbedingungen von hnRNP H auf das alternative HIV-1 Spleißen analysiert. In dieser Arbeit konnte ebenfalls gezeigt werden, dass die PI3K Inhibition ein verändertes hnRNP H Spleißmuster bedingt sowie die SR-Protein Phosphorylierung und Expression beeinflusst. Des Weiteren war es im Verlauf der vorliegenden Arbeit möglich, eine Interferenz der PI3K Modulation mit der Virus Replikation nachzuweisen. Die Überexpression der aktivierten Akt-Kinase lies hier nur eine sehr geringe Virus Produktion zu während die PI3K Inhibition diese auf ca. die Hälfte reduzierte. Weiterführende Experimente zeigten, dass die Überexpression der aktivierten Akt-Kinase den nuklearen Export Rev-abhängiger HIV-1 mRNAs zu blockieren scheint. Darüber hinaus beeinflusste die PI3K Inhibition neben dem alternativen HIV-1 Spleißen auch die virale Transkription sowie die zelluläre Translation. Zusammen könnten diese Effekte die reduzierte virale Replikation erklären. Der PI3K Signalweg spielt somit eine zentrale Rolle bei dem alternativen HIV-1 Spleißen und der viralen Replikation und bietet so die Möglichkeit der Entwicklung neuer Ansätze einer antiviralen Therapie.