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HIV

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by

Viktoria Frank

on 7 August 2016

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Transcript of HIV

1. Retroviren am Beispiel HIV
HIV
Methoden der Diagnose und aktuelleTherapieansätze




Inhaltsverzeichnis
1. Retroviren am Beispiel HIV
1.1 Allgemeines
1.2 Aufbau des Virus und seines Genoms
1.3 Retrovirale Vermehrung
2. HIV und AIDS
2.1 Geschichte und Herkunft
2.2 Übertragung
2.4 Krankheitsverlauf
2.5 Auswirkungen auf das Immunsystem
3. Diagnose
4. Therapie
4.1 aktuelle Therapiemethoden
4.2 zukünftige Therapiemethoden
Mastermodul "Methoden der Diagnostik und Therapie"
10029466 Viktoria Frank

22.06.2016

Quellen
HIVreport.de PREP2016 Deutsche AIDS-Hilfe
Fleckenstein et al. , Symposium 2: Modern aspects of HIV research Neue Wege der serologischen HIV-Diagnostik , Springer-Verlag 1988
Harrer et al. , HIV-1-Antigenämie und T-Zell-Aktivierung bei HIV-1-infizierten Patienten, Klinische Wochenschrift 1990
F. Neumann et al. , Kardiale Manifestationen der HIV-Infektion, Medizinische Klinik Urban & Vogel, München 2002
Stephan Lücke, Sofortmaßnahmen bei HIV-Infektionsverdacht, AIDS Pflege Praxis 2008
L. Gürtler, SIV als Quelle von HIV, Universität Greifswald, Springer-Verlag 2004
Humanes Immunschwächevirus (HIV), Bundesgesundheitsbl 2015 Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Bekanntmachungen - Amtliche Mitteilungen
A. Potthoff et al. , HIV-Infektion, Bochum, Hautarzt Springer-Verlag 2012
S. Wicker et al. , HIV-Prophylaxe-Kits, Frankfurt am Main, Springer-Verlag Chirurg 2014
MMW-Fortschr. Med. Supplement 1, AktuelleMedizin, 2013
Battegay et al. , Fortschritte im Management der HIV-Infektion, Klinik für Infektiologie & Spitalhygiene Universitätsspital Basel, Internist Springer-Verlag 2012
Ärzte Zeitung 2012, HIV versteckt in Makrophagen
National Institutes of Health 2013, Neuer HIV-Impfstoff enttäuscht
Ärzte Zeitung 2012, Studienerfolg: HIV bald heilbar?
Lars Fischer, BIOspektrum Springer 2016, Heilung der HIV-Infektion: Zu gut um wahr zu sein?
Andrea Warpakowski, 3. Hamburger HIV-Strategieforum 2012, Wie sieht die zukünftige HIV-Therapie aus?
Janssen-Cilag, MMW-Fortschr. Med. Nr. 4 2012, HIV-Therapie wird einfacher
B. Frohn, Presseworkshop "Single Tablet Regimen in der HIV-Therapie - Was heißt hier einfach?" Hamburg Gilead Sciences 2011, HIV-Therapie mit nur einer Tablette
biotechnologie.de/pg, "HIV heilen: Hamburger Genomscheren auf Klinik-Kurs", Fachjournal Biotechnologie 23.02.2016
bild der wissenschaft, "Hoffnung auf Heilung von HIV wächst", Leben und Umwelt - Medizin wissenschaft.de 2016
biotechnologie.de/pg, "Ausgesperrt: Eiweiß-Bruchstücke wehren HIV ab", Fachjournal Biotechnologie 2010

-
Re
verse
Tr
anskriptase
O
nko
viren

- behüllte Viren

- einzelsträngiges RNA-Genom

- reverse Trankskription -> DNA-Molekül
-> in Genom in Wirtszelle eingebaut
1.1
Allgemeines
1
2
HIV: H
umanes
I
mmundefizienz
V
irus
Familie:
Retroviren
Gattung:
Lentiviren


- lange mehrjährige symptomfreie Latenzphase
->
AIDS
= engl. aquired immunodeficiency syndrome
-> erworbenes Immundefizienzsyndrom
1.2 Aufbau des Virus und seines Genoms
1.2 Aufbau des Virus und seines Genoms
- Genomaufbau
> 2 identische RNA-Moleküle, Kopien 9 Virusgene

> reverse Transkriptase -> provirale DNA

> DNA-Genom von
LTR
-Regionen (long terminal repeat) umgeben

3 Strukturgene

>
gag
(Kernproteine)
>
pol
(Enzyme)
>
env
(Hüllen-/Membranproteine gp120/gp41)

3 Regulatorproteine

>
tat
(transactivator protein),
rev
(RNA-splicing regulator),
nef
(negative regulatingfactor)
=> Initiation HIV-Replikation

3 Hilfsgene

>
vif
(viral infectivity factor),
vpr
(virus potein r),
vpu
(virus protein u)
=> beeinflussen Geschwindigkeit
1.3 Retrovirale Vermehrung
1.3 Retrovirale Vermehrung
- Partikelaufbau
> rund , d= ca. 100 nm und äußere Lipidmembran als Hülle

> Hülle -> 72 Knöpfe/Spikes
-> Trimere = gp120-Oberflächenproteins
-> gp41 Transmembran-Anteil und Lipiden

> Kapsidmembran, symmetrisch aufgebaut
-> kegelförmig, inneres Kapsidprotein p24

> 2 identische Moleküle viraler genomsicher RNA
> mehrere Enzyme
-> reverse Transkriptase (RT), Integrase (IN), Protease

3
4
5
Abb. 1 : HIV-Viruspartikel (HIV-Broschüre, Jörg Gölz, "HIV verstehen. Mit HIV leben.")
Abb. 2 : HIV-Viruspartikel ( biotechnologie.de Dossier Hintergrund AIDS)
6
1.2 Aufbau des Virus und seines Genoms
- Tat
> beschleunigt Verfügbarkeit viraler RNA 100fach
> TAR-Region
> aktiviert weitere HIV-Genome in Zelle

- Rev
> Spleißlänge HIV-RNA

- Regulatorproteine während Replikationszyklus, Struktursproteine spät gebildet

- Nef
> Präsentation CD4-Molekülen
> steigert pathogene Wirkung

- vif, vpr und vpu -> Einfluss auf Geschwindigkeit des gesamten Prozesses
1.2 Aufbau des Virus und seines Genoms
- Systematik

> HIV-2 nicht zu unterscheiden von HIV-1

> Antigenität der viralen Proteine und Genomaufbau

> HIV-2 weniger pathogen

- infiziert CD4+ -Zellen -> CD4 - Molekül Andockstelle für HIV

-> Kommandozentrale = Zentrale Rolle Immunantwort

-> T-Helfer-Zellen

-> Makrophagen

-> T-Gedächtniszellen/Memory-T-Zellen

-> Stammzellen des Knochenmarks
7
8
- gp120 heftet an CD4-Rezeptor der Wirtszelle

- Konformationsänderung von CD4 und gp120

- gp120 bindet an CD4 und Chemokinrezeptor (CCR5/CXCR4)

-> Konformationsänderung von gp41
-> Membranfusion und Eintritt des Virus in Zelle

- Anteil gp41 aus Virus auf Zelloberfläche gestülpt

-> Kanal
-> hohe Hydrophobizität

- Kapsid im Zytoplasma


9
10
Abb. 3 : HIV-Viruspartikel (HIV-Broschüre, Jörg Gölz, "HIV verstehen. Mit HIV leben.")
Abb4. Planet-Schule.de, Vermehrungszyklus von HIV
- durch pH-Wert-Änderung Kapsidinhalt freigesetzt über Endosom

- Aktivierung der reversen Transkriptase

> RNA-Strang in DNA umgeschrieben und durch RNase H abgebaut

> Polymerase-Aktivität der RT bildet komplementärer Strang des 2. RNA-Stranges
-> RNase H

> Zellkern transportiert zusammen mit Integrase

- provirale DNA durch Integrase in Genom der humanen Wirtszelle eingefügt (Provirus)

- Infektion abgeschlossen, permanente Infektion etabliert, Produktionsstelle für Virusvermehrung


Abb.5 scinexx.de Vermehrung HiV
1.3 Retrovirale Vermehrung
11
- Aktivierung der Gene -> Tat-Protein

- LTR von beiden Seiten -> Promotor
= Anheftungsregion der RNA-Polymerase und Transkriptionsfaktoren

- Synthese von viraler mRNA und genomischer RNA

-> Synthese viraler mRNA von tat reguliert und maximal aktiviert

- Morphogenese

> gag-, pol- und env-Vorläuferprotein und RNA formen zu unreifen Virionen

> während Virus aus Zellmembran ausgestülpt noch Reifungsprozesse



- Reifungsprozess -> Spaltung Vorläuferproteine durch Protease

> Matrix-, Kapsid- und Nukleokapsidprotein

> Protease, RT mit RNase H und Integrase

> Oberflächen- und Transmembraneinheit

- reifes Virus durch Knospung entlassen

- CD4-Zelle so geschädigt bei Vermehrung
> Apoptose induziert wird

- RT keine proof-reading-Aktivität
12
1.3 Retrovirale Vermehrung
2 HIV & AIDS
2.1 Geschichte und Herkunft
1968:
erstmaliges Auftreten der HIV-1-Gruppe M/Subtyp B in Nordamerika
1981:
erster AIDS Patient, Name: GRID (Gay Related Immuno Deficiency)
1982:
erste Fälle in Europa und Afrika, Name in AIDS geändert
HIV-Isolate aus Republik Kongo gefunden von 1959
1984:
Robert Gallo Entdecker des AIDS-Virus
1985:
Zulassung 1. HIV-AK-Test
1986:
1. Patient AZT (Zidovudin/Retrovir)
Pflicht zum Testen von Blutprodukten
1992:
Verwandtschaft zw. Nukleinsequenzen SIVsm und HIV-2
13
14
2 HIV & AIDS
2.1 Geschichte und Herkunft
- ältestes SIV von 1989

- Schimpansen mit HIV-1 --> Lymphknotenschwellung, nicht zu AIDS

- HIV-1 lebenslang aktiv, HIV-2 eliminiert

- SIV Mangaben kein AIDS, in asiatischen Affen pathogen

- Affen tragen eigenes SIV

- Evolution von mehreren 100.000 bzw. 1Mio Jahren
2 HIV & AIDS
2.1 Geschichte und Herkunft
1. Hypothese:
> Injektion Affenblut zur Steigerung der Libido
> Verfügbarkeit von Spritzen und Kanülen
2. Hypothese
> SIV-Übertragung nach Blutinokulation
> Pocken --> Selektionsfaktor
> Kleininfektion immer wieder beendet
> Ausrottung der Pocken in 70er
> Zoonose
15
16
2 HIV & AIDS
2.2 Übertragung
- Blut

- Samen- und Scheidenflüssigkeit

- durch verletzte Haut
17
2 HIV & AIDS
2.3 Krankheitsverlauf
> Anlagerung und Fusion 1/2 bis 2 h

> Tranksription bis 6 h

> Integration 6 h

> nach 12 h erste Partikel

> nach 24 h Nachkommen freigesetzt
2 HIV & AIDS
2.3 Krankheitsverlauf
Serokonversion:

- Inkubation 3 bis 6 Wochen

- Virustiter sehr hoch 10^5 - 10^9 Genkopien/mL

- humorale Immunantwort: Fieber, Ausschlag, Müdigkeit.....
18
Chronische Phase:

- mehrjährige Latenzphase ohne gravierende Symptome

- Virustiter kann absinken -> aber Gleichgewicht zwischen Viren und Immunzellen
Späte Phase:

- sichtbare Immunschwäche nach 2-25 a

- AIDS -> opportunistische Erkrankungen
2 HIV & AIDS
2.4 Auswirkungen auf das Immunsystem
> chronisch aktiviert
-> massive Virusproduktion -> vermehrt schneller

> T-Helferzellen zerstört

> Gleichgewicht an Viren und Immunzellen

> Immunzellen gehemmt
-> Schwund an Immunzellen führt zu Immunschwäche


2 HIV & AIDS
2.4 Auswirkungen auf das Immunsystem
19
20
> ungehemmte HIV-Replikation
-> 10^8 bis 10^9 Viren

> hoher Turnover von TH-Zellen
-> Halbwertszeit auf 2 - 4 Tage

> Reservoir
-> Makrophagen, Astrozyten, Memory-T-Zellen
3 Diagnose
- Blut (Serum und Plasma), Urin und Speichel

- Suchtest --> ELISA --> Antigene HIV-1 M, HIV-2, RT, p24-Protein

> hohe Sensitivität, niedrige Spezifität

> alle infizierten Personen zu finden

- Bestätigungstest --> Western-Blot oder Immunoblot

> falsch-positiv ausschließen

> geringe Sensitivität und höhere Spezifität

- Schnelltest --> oft in Entwicklungsländern

- NAT --> provirale DNA oder virale RNA
21
Abb. 6 ELISA httpapi.ning.comfilesddIlk4YPGBLvlNkK1dEx8FDc2Afl14wYwezdcOGhoPng8jDtsnfGfrP5aQskr67eICFYrISQ3ZTWu61l5TM2Utd6QBJcwelisa_test.jpg
Abb. 7 Western Blot/Immunoblot
http://www.elec-intro.com/EX/05-14-12/Eurogentec-proteomics-identification-western-blot-530x407.jpg
22
PCR / NAT
- virale RNA in cDNA umgewandelt

- cDNA vervielfältigt

- 15 Tage nach Risikokontakt
--> direkter Nachweis von RNA
--> zuverlässige Erkennungswahrscheinlichkeit

- hohe Spezifität und beste Sensitivität

- selbst bezahlen, etwa 100 bis 150 €
Abb 8. PCR http://vignette3.wikia.nocookie.net/mmg-233-2014-genetics-genomics/images/a/a5/PCR.gif/revision/latest?cb=20140926234132
4 Therapie
4.1 aktuelle Therapiemethoden
4.2 zukünftige Therapiemethoden
- antiretrovirale Medikamente
--> Werkzeuge des HIV, die wichtig für Vermehrung sind

1) hemmt Reverse Transkriptase
> Nukleosidanaloge (NRTI)
> Nicht-Nukleosidanaloge (NNRTI)

2) Proteaseinhibitoren

- Aktivität gestoppt -> keine Vermehrung

- so viele Medikamente gleichzeitig wie möglich --> schwerer durchzusetzen

- Kombination von 3 Medikamenten --> Standardtherapie

- gute Wirkung --> Hoch-aktive antiretrovirale Therapie (HAART)

Ziel:

> Steigerung der CD4-Zellzahl im Blut

> Erholung des Immunsystems

> Hemmung der Virusvermehrung
Was wird gemessen?

- Viruslast --> Virenanzahl

- Anzahl der CD4-Zellen --> Immunsystem erholt?

- CD4+ - Zellzahl bei unter 500 Z/µL

- genotypischer Resistenztest
23
24
25
Nukleosidanaloge Reverse Transkriptase-Inhibitoren (NRTI)
- falsche Bausteine (Analoga) beim Abschreiben

- Erbinformation nicht mehr übernehmen

- Vermehrung unterbunden
26
Nicht-Nukleosidanaloge Reverse Transkriptase-Inhibitoren (NNRTI)
- Bildung neuer Erbinformation deutlich verlangsamt statt falscher Bausteine
Abb. 9 Medikamente NRTI [HIV verstehen. Mit HIV leben. Jörg Gölz]
Abb. 10 Medikamente NNRTI und Kombination aus NRTI und NNRTI [HIV verstehen. Mit HIV leben. Jörg Gölz]
27
Protease-Inhibitoren (PI)
- Virusanteile richtige Größe zurechtgeschnitten und in neue Viren eingebaut

- höhere Wirkstoffkonzentration --> PI in Kombination mit Ritonavir
--> Boosten
Abb. 11 Medikamente Proteasehemmer [HIV verstehen. Mit HIV leben. Jörg Gölz]
28
- Kombination Resistenzentwicklung hinauszögern
> 2 NRTI und 1 PI
> 2 NRTI und 1 NNRTI

- weitere Angriffspunkte
> CCR5-Antagonisten
> Fusionsinhibitoren
> Integrase-Inhibitoren
--> nicht in Standardtherapie

- Therapieerfolg hängt von der regelmäßigen Einnahme ab
29
CCR5-Inhibitoren

- verhindern Andocken
- CD4-Zellen nicht mit Virus infiziert
Abb. 12 CCR5-Medikament [HIV verstehen. Mit HIV leben. Jörg Gölz]
Fusionsinhibitoren

- verhindern Eindringen in Wirtszelle
Abb. 13 Fusionsinhibitoren [HIV verstehen. Mit HIV leben. Jörg Gölz]
Integrase-Inhibitoren

- Einbau viraler Erbsubstanz gehemmt
Abb. 14 Integrase-Inhibtor [HIV verstehen. Mit HIV leben. Jörg Gölz]
30
-
HIV-PEP

> HIV-Postexpositionsprophylaxe

- innerhalb begrenzten Zeitraums

- Anlagerung innerhalb 2 h

- Tenofovir 245 mg / Emtricitabine 200 mg

> mit Raltegravir 400 mg

> Lopinavir 200 mg / Ritonavir 50 mg

--> für 28 d

- HIV-Prophylaxe-Kit

> Truvada 1 Tablette plus

> Isentress 1 Tablette oder Kaletra 2 Tabletten
31
"shock & kill"
- Silencing --> latenten Viren

- Enzym --> Histondesacetylasen (HDAC)

- "shock-Phase"

> infizierte CD4-Zellen HDACI aktiviert
> Umkehrung des Silencing
> Toxizität
> selektive Wirkung steigern --> Glutathion-Syntheseinhibitor (BSO)

- Steigerung der Transkriptionsrate

- in Kombination nicht toxisch
32
"shock & kill"
- "kill-Phase"

> Clearance der CD4-Zellen
> Elimination durch
--> zytotoxischen T-Lymphozyten
--> antiretrovirale Arzneistoffe

- BSO induziert Zelltod

> Auffüllung intrazellulärer Glutathionspeicher verhindert
> pro-oxidative Umgebungnicht gepuffert
--> Überhandnahme an reaktiven O2-Spezies
--> Einleitung der Apoptose

- Valproinsäure

- Studie --> 16-18 Wochen Abfall der latent infizierten Viren
33
- Enzym Tre-Rekombinase --> Zielerkennung nur 1 %

- Brec1-Rekombinase --> Erkennung bis 90 %

- in infizierten Gedächtnis-T-Zellen aktiv, schneidet und schaltet sich ab

> erkennen Erbgut uns lösen aus DNA

> DNA-Reparatursystem fügt losen Enden zusammen

- Gentherapie nötig --> Einschleusen des Enzyms

- blutbildende Stammzellen und Enzym mit Genfähren

- in Patient transplantiert

- Immunzellen Entwicklungsvorteil

- Immunsystem erledigt Rest und treibt restlichen Viren aus Körper
Genomscheren / Genome Editing
34
- an humanisierten Mäusen getestet

- blutbildende Stammzellen von HIV-Patienten implantiert

- Virus vermehrt rasend und zerstört menschlichen Zellen

- Zellen vor Transfer mit Rekombinase ausgestattet

- überlebten Zellen in Maus

- HIV-RNA nach 4 Monaten nicht nachweisbar

- präklinische Studien abgeschlossen

- Vorbereitungen für klinische Studie dieses Jahr

- Investoren
Genomscheren / Genome Editing
35
Krebsmedikament
Gentherapie
- ruhende Zellen aktivieren und Vermehrung mit Medikamenten hemmen

- Vorinostat, aktiviert ruhende Gene
- CCR5-Rezeptor genetisch manipulieren

- Restriktionsenzyme in Adenovektoren

- deaktivieren Gen für CCR5

- CD4-Zellen mit SB-728-T behandelt und wieder injiziert

- anhaltendes Engraftment --> gesamt CD4-Zellzahl stieg und Viruslast sank
36
"Berlin Patient"
- Leukämie --> Knochenmarkspende mit natürlichen Mutation der CD4-Zellen

- Mutation in Rezeptoren --> verhindert Vermehrung

HIV-Impfstoff
- Prime-Boost-Verfahren --> DNA-Vakzine

- Vakzine gegen gp120, sollte zu starken T-Zellantwort führen

37
Antikörpertherapie
- 2 AK isoliert --> 90 % der HIV-Stämme unschädlich

- VRC01 und VRC02

> Erreger-Oberfläche
> bei meisten Stämmen unveränderlich
> verhindern Eindringen in Wirtszelle

- Menschen mit natürlicher Immunität

> AK, die Teil des Virus erkennen --> kaum verändert

- blockieren Molekül gp120
38
Eiweißbruchstücke wehren HIV ab
- VIRIP-576 --> verhindert andocken

- klinische Studie an 18 Infizierten

- nur Dauerinfusion möglich

- Bruckstück des Enzyms alpha-1-Antitrypsin

- 20 Aminosäuren lang & dockt am Fusionspeptid des Virus

- Resistenzbildungen geringer

- gut verträglich, typ. Nebenwirkungen traten nicht auf

- Virustiter um 95 % gesenkt
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
> behüllte Einzelstrang-RNA-Viren
> lat. lentus = langsam
-> langsam fortschreitende, chronisch degenerative Krankheiten
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