Projekt

Charakterisierung von HIV-Integrationsstellen zur Langzeit-Remission oder Heilung von AIDS

Kurzbeschreibung

Eine Infektion mit dem humanen Immundefizienzvirus (HIV) führt unbehandelt zu AIDS und letztendlich zum Tod des Patienten. Aktuelle Behandlungsverfahren können dies verhindern, indem sie die HIV-Vermehrung im Körper unterdrücken. Allerdings kann diese sogenannte antiretrovirale Therapie (ART) keine vollständige Heilung bewirken, weshalb ART-Medikamente lebenslang verabreicht werden müssen. Besonders bei langfristiger Einnahme kann dies unerwünschte Nebenwirkungen hervorrufen. Der Heilung von HIV steht aktuell vor allem die Fähigkeit des Virus zur Latenz im Wege. Darunter versteht man die Eigenschaft von HIV, als sogenanntes Provirus in das Erbgut von Zellen des Patienten stabil zu integrieren und dort über lange Zeit „unsichtbar“ für das Immunsystem zu verweilen. Vor allem nach Therapieunterbrechung kann es dann durch Reaktivierung der latent infizierten Zellen schnell wieder zum Anstieg der Virusmenge im Patienten kommen. Die dauerhafte Provirus-Integration wird deshalb als größte Hürde für die Entwicklung einer Heilung von HIV/AIDS gesehen. In diesem Kooperationsprojekt werden die mechanistischen Grundlagen der HIV-Integration und Latenzbildung detailliert erforscht. Darauf basierend werden neue Therapieansätze mit dem Ziel der Heilung von HIV/AIDS durch Eliminierung des Provirus oder des HIV-Ko-Rezeptors CCR5 entwickelt.

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Die antiretrovirale Therapie (ART) drückt die HIV-Plasma-Viruslast bei den meisten Patienten auf ein nicht nachweisbares Niveau und reduziert so Morbidität und Mortalität. Die Unterbrechung der Behandlung führt jedoch zu einem schnellen Wiederanstieg der Viruslast auf den Stand vor der Behandlung. Das Unvermögen der antiretroviralen Therapie, eine HIV-Infektion zu heilen, beruht auf der Tatsache, dass der HI-Virus in zellulären Reservoiren fortbesteht, die in das Erbgut integrierte Proviren beherbergen. Diese latenten Viren sind nicht anfällig für antiretrovirale Behandlungen oder Mechanismen des Immunsystems. Eine Heilung des HI-Virus ist daher ohne die Aktivierung infizierter Zellen mit anschließender Behandlung oder die direkte Beseitigung latent proviraler Genome nicht möglich.

Die derzeit fortgeschrittenen Heilungsmethoden basieren hauptsächlich entweder auf Shock-and-kill oder auf der Inaktivierung integrierter Proviren. Bei Shock-and-kill-Ansätzen wird das latente Provirus in infizierten Zellen durch induzierten Stress reaktiviert. Anschließend sollen die infizierten Zellen für das Immunsystem „sichtbar“ werden, um letztlich eliminiert werden zu können. Inzwischen wird dieser Ansatz in ersten klinischen Studien getestet.

Es wird allgemein angenommen, dass die erfolgreiche Behandlung einer latenten HIV-Infektion eine Kombination mehrerer Ansätze erfordert, darunter Shock-and-kill, therapeutische Impfung, Verabreichung von HIV-neutralisierenden Antikörpern und Genome Editing zur Entfernung/Inaktivierung des Provirus. Dementsprechend verfolgen die DZIF-Wissenschaftler im Forschungsbereich HIV verschiedene Strategien, die letztlich kombiniert werden könnten, sobald sie vollständig validiert sind.

Im Hinblick auf das Genome Editing konzentriert sich dieses Projekt auf zwei Arme: entweder das Herausschneiden oder die Zerstörung des integrierten HIV-Genoms oder den Knockout des HIV-Co-Rezeptors CCR5, der für den Eintritt des Virus in die Zellen von entscheidender Bedeutung ist. Für beide Versuche werden Designer-Enzyme wie TALEN, CRISPR/Cas9 oder maßgeschneiderte Cre-Rekombinasen (z. B. Brec1) entwickelt und auf ihre Fähigkeit getestet, das stumme HIV-Provirus oder den Co-Rezeptor zu zerstören. Darüber hinaus werden fortschrittliche Transportsysteme auf Basis des Adeno-assoziierten Virus (AAV), d.h. eines nichtpathogenen Virus, der in mehr als 100 klinischen Studien umfassend validiert wurde, für die Abgabe der jeweiligen Designer-Enzyme in die infizierten Patientenzellen entwickelt.

Im Rahmen dieses Projekts werden folgende Ziele bearbeitet:
1. die Analyse der HIV Integrationsstellen (IS) in infizierten Zellen von HIV-Patienten und im Tiermodell (humanisierte Mäuse), um die Mechanismen der Viruslatenz im Detail zu verstehen.


2. Entfernen/Inaktivieren von HIV bzw. den Proviren aus dem Erbgut der infizierten Wirtszelle, und/oder Ausschalten des Rezeptors CCR5, welchen das HI-Virus für den Eintritt in Zellen benötigt. Für die Provirus-Inaktivierung bzw. Hemmung des  HIV Co-Rezeptors werden spezielle Designer-Enzyme (Brec1, CRISPR/Cas oder TALEN) entwickelt und getestet.
3. Entwicklung von speziellen AAV-basierten Transportsystemen für das Einbringen der Designer-Enzyme in infizierte Zellen. Unter besonderer Berücksichtigung steht hierbei die Entwicklung von Systemen, welche eine nebenwirkungsfreie Verabreichung dieser neuartigen Therapie- bzw. Heilungs-Ansätze ermöglichen und dadurch höchste Sicherheit der Patienten gewährleisten.