Projekte Angeborene Immunität und Virale Evasion

Projekte Angeborene Immunität und Virale Evasion

Zelluläre Restriktionsfaktoren der HIV-1 Infektion

DFG Sonderforschungsbereich 900 Chronische Infektionen: "Mikrobielle Persistenz und ihre Kontrolle", Projekt C8

Nach zellvermittelter Erkennung von virustypischen Mustern in infizierten Zellen gebildet, werden Interferone sezerniert, binden den Interferon-Rezeptor auf benachbarten Zellen und warnen diese vor einer bevorstehenden Virusinvasion. Diese Bindung induziert über einen spezifischen Signalweg die Synthese mehrerer Interferon-stimulierbarer Gene, den sogenannten ISGs („interferon-stimulated genes“). Unter den ISGs befinden sich viele antivirale Gene, welche unter anderem APOBEC3G, eine Deaminase, die das virale Genom hypermutiert oder Tetherin, welches die Abknospung infektiöser Viren verhindert, exprimieren.
Ein weiteres ISG ist lgals3bp, welches für das Glykoprotein 90K kodiert. Unsere Vorarbeiten haben gezeigt, dass 90K antivirale Eigenschaften besitzt. Genauer gesagt, reduziert 90K die Infektiösität neu gebildeter HI-Viren, indem es die virale Inkorporation der HIV-Hüllproteine verhindert (Lodermeyer et al., Retrovirology 2013). Ausgehend von Trunkationsmutanten des 90K-Proteins wird untersucht, welche Proteinregionen von 90K essentiell und ausreichend für seine antivirale Funktion sind. Gleichzeitig machen wir uns 90K-Proteine humanverwandter Spezies zunutze, die teilweise einen hohen Grad an Sequenzhomologie mit dem humanen Ortholog, jedoch keinen antiviralen Effekt aufweisen. Diese „natürlichen“ Varianten von 90K sind wertvolle Werkzeuge auf der Suche nach dem Wirkmechanismus und beleuchten außerdem den Grad der evolutionären Konservierung der antiviralen Funktionen von 90K (Lodermeyer et al., Journal of Virology 2018). Langfristiges Ziel ist es, einen neuen Angriffspunkt für eine anti-HIV-Therapie zu identifizieren.
SERINC5 reduziert die Infektiösität von HIV-1 Partikeln, indem es die Fusogenität des viralen Glykoproteins reduziert. Das akzessorische HIV-1 Protein Nef ist in der Lage, den antiviralen Effekt von SERINC5 auszuschalten. Mit Hilfe von T-Zell-Linien, in denen wir das serinc5-Gen über CRISPR/Cas9 mit der kodierenden Sequenz eines HA-Epitops ausgestattet haben, studieren wir grundlegende Charakteristika der SERINC5-Expression  und untersuchen, wie HIV-1 Nef das endogene SERINC5-Protein antagonisiert. Ein besseres Verständnis der SERINC5-vermittelten Restriktion hilft, besonders vulnerable Schritte des HIV-1-Replikationszyklus zu identifizieren, auf die dann therapeutisch abgezielt werden kann.

Ein neuartiger Ansatz zur Eradikation von HIV

Gilead Infektiologie Programm 2016 (Kooperation mit Prof. Georg Behrens, MHH)

Latent infizierte Zellen produzieren keine viralen Produkte und sind für das Immunsystem unsichtbar. Eine „shock and kill“ Strategie, die zunächst die Transkription integrierter HIV-1-Genome induziert und anschließend die aktivierten Zellen abtötet ist eine mögliche Option, um das HIV-1 Reservoir zu reduzieren oder sogar zu eradizieren. Während die Reaktivierung von HIV-1 aus dem Reservoir (shock) meist auf pharmakologischem Weg verfolgt wird, wird die Eliminierung der befallenen Zellen (kill) über immunologische Prozesse als der Weg der Wahl angesehen. Wir  hingegen steuern Komponenten der in virusinfizierten Zellen überlebensnotwendigen Prozesse der Autophagie als neue therapeutische Ziele für den Eliminierungsschritt an. Unser Projekt ist damit eine Alternative zu den vorwiegend eingesetzten immunbasierten Therapieansätzen. Es hat das Potential, neue zelluläre Stoffwechselwege für die effiziente Reduktion des HIV Reservoirs zu identifizieren. Ein wichtiger translationaler Aspekt ist zudem, dass wir uns auf verfügbare und bereits lizensierte Wirkstoffe fokussieren, um – bei präklinisch vielversprechenden Ergebnissen - die Evaluierung für klinische Erprobungen zu beschleunigen.

Charakterisierung des cGAS-vermittelten DNA-Sensing Signalwegs in HIV-infizierten T-Zellen

DFG Schwerpunktprogramm 1923, "Innate Sensing and Restriction of Retroviruses"

Im Zuge einer HIV-1-Infektion von T-Zellen kann der zytosolische DNA-Sensor cGAS virale DNA erspüren. In Kokulturen mit Makrophagen erlauben HIV-1 Env-vermittelte Membranfusions-Poren den horizontalen Transfer des cGAS-Produkts und zyklischen Dinukleotids cGAMP von T-Zellen zu Makrophagen, wo es  eine STING-abhängige Expression antiviraler Botenstoffe und Effektormoleküle aktiviert (Xu und Ducroux et al., Cell Host & Microbe 2016). In Monokulturen von Makrophagen und T-Zellen jedoch antagonisiert HIV-1 die Aktivierung dieses zellulären Verteidigungsmechanismus . Während die zugrundeliegenden Mechanismen in Makrophagen recht gut aufgeklärt sind, ist unser Wissen um die fehlende antivirale Antwort in HIV-1-infizierten T-Zellen gering. In diesem Projekt untersuchen wir die Effektivität des cGAS-vermittelten DNA-Sensing-Signalwegs in primären, HIV-1-infizierten T-Zellen und ergründen das Fehlen der Induktion einer wirkungsvollen Immunantwort in diesem Zelltyp.

Fluoreszenzmarkierte, HIV-1 Env-exprimierende T-Zellen (grün) und Makrophagen (rot) tauschen Farbstoffe an distinkten Interaktionsstellen aus (weisses Signal), vermutlich über HIV-1 Glykoprotein-CD4/Korezeptor-vermittelten Fusionsporen.

Das Zusammenspiel von Mycobacterium tuberculosis und HIV-1 in ko-infizierten humanen Makrophagen und ihr Einfluss auf zell-intrinsische angeborene Immunität

Boehringer Ingelheim Stiftung Exploration Grant

Humane Koinfektionen mit Mycobacterium tuberculosis (M.tb) und HIV-1 nehmen zu und stellen eine zunehmende Herausforderung für die Gesundheitssysteme dar. Während die individuellen Immunantworten gegenüber beiden Pathogenen recht umfangreich untersucht sind, bleibt das Wechselspiel von M.tb und HIV-1 in einem koinfizierten Wirt weitgehend unverstanden. In diesem Projekt möchten wir die komplexen Wechselwirkungen dieser zwei koexistierenden Humanpathogene in infizierten Makrophagen untersuchen. Wie gut repliziert ein Pathogen in Gegenwart des anderen? Sind sie Freunde oder Feinde? Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens könnten neue Perspektiven für Therapie und/oder Prävention von HIV-1/M.tb-Koinfektionen liefern.

Mechanismen des Zelleintritts und immunologische Restriktion des Chikungunya-Virus

Deutsch/Afrikanisches DFG-Kooperationsprojekt mit Dr. Eduardo Samo Gudo, Mozambik

Das Chikungunya-Virus ist ein wieder-auftretendes Virus, welches sich von Afrika aus vor allem in andere tropische und subtropische Gebiete verbreitet hat, aber auch bereits in gemäßigten Klimazonen wie Südeuropa und Nordamerika Krankheitsfälle verursacht hat. Da das Virus neben akuten Symptomen wie hohem Fieber auch chronische Beschwerden, wie etwa Arthritis-ähnliche Gelenkschmerzen, verursachen kann, werden prophylaktische und therapeutische Optionen dringend benötigt. Daher erforschen wir, wie das Virus die Wirtszelle bindet und infiziert sowie die antivirale Antwort durch Interferone und zelluläre Restriktionsfaktoren. Mit Hilfe verschiedener Reporterviren und pseudotypisierten lentiviralen Partikeln können wir die unterschiedlichen Schritte der Infektion vom Zelleintritt bis zur Produktion neuer viraler Partikel untersuchen und den Zelltropismus dieses Virus untersuchen. Weiterhin befassen wir uns in Kooperation mit Dr. Eduardo Samo Gudo, NIH Maputo, Mozambik, mit der genetischen Variabilität des schnell mutierenden Virus und suchen nach immunologischen und genetischen Korrelaten der Chronifizierung vs. Rekonvaleszenz in infizierten Patienten. Schliesslich untersuchen wir in Kooperation mit Prof. Eike Steinmann (TWINCORE und Universität Bochum) die Stabilität des CHIKV und testen gängige Desinfektionsmethoden zur Inaktivierung dieses Virus (Franz et al., Journal of Infectious Diseases, 2018)