Universität zu Köln

Knops, Elena (2009). Variabilität der C-terminalen gag-Region des humanen Immundefizienzvirus 1 unter antiretroviraler Therapie. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Die hohe Variabilität von HIV ist bedingt durch die fehlende proof-reading Funktion der viralen reversen Transkriptase und führt zur Entstehung von Viren mit unterschiedlichsten Eigenschaften. Besonders die antiretrovirale Therapie führt neben dem Immunsystem zur Hemmung der Virusreplikation und so zur Selektion von speziell angepassten Virus-varianten. Das zunehmende Verständnis der Resistenz gegenüber den Proteaseinhibitoren führt dazu, dass mehr und mehr neben dem Enzym auch dessen Substrat, die Schnittstellen der Protease in den Vorläuferproteinen, analysiert werden. In dieser Arbeit wurde der Genbereich näher untersucht, der die spezifischen Aminosäuresequenzen für vier Schnittstellen der HIV-Protease in zwei Leserahmen kodiert, und darüber hinaus, auf RNA-Ebene verantwortlich für ein Frameshiftereignis ist, das die Entstehung der viralen Enzyme ermöglicht. Es wurden Veränderungen zwischen therapie-naiven und therapie-erfahrenen HIV-Isolaten untersucht, so dass eine Reihe von therapie-assoziierten Mutationen identifiziert werden konnte. Diese Veränderungen, die in erster Linie in den Gag-Schnitt-stellen lagen, waren eng mit resistenz-assoziierten PR-Mutationen korreliert. Auf RNA-Ebene fanden sich, neben einer Reihe von Polymorphismen, zwei therapie-assoziierte Mutationen innerhalb des frameshiftregulierenden Bereichs. Die gemessenen Frameshiftraten von HIV-Isolaten aus Patientenproben zeigten, dass die meisten Veränderungen innerhalb dieser Region zu keiner signifikanten Veränderung der Frameshifteffizienz führten, unabhängig davon, ob es sich um Insertionen, Deletionen, einzelne oder multiple Punktmutationen handelte. Wenige HIV-Isolate zeigten eine deutlich reduzierte Frameshifteffizienz, besonders bei Veränderung innerhalb der slippery site. Eine therapie-assoziierte Schnittstellenmutation führte bei gleichzeitigem Vorliegen zweier weiterer Polymorphismen zu einer leicht erhöhten Frameshifteffizienz, wobei nur 9% der HIV-Isolate mit dieser Schnittstellenveränderung diese Kombination aufwiesen. Die Schnittstellenmutation L449F führte durch das Entstehen einer zweiten slippery site zur gleichermaßen erhöhten Frameshiftrate. Insgesamt erwies sich eine Änderung der Frameshifteffizienz als kein genereller Mechanismus der Resistenz gegenüber antiretroviralen Medikamenten. Virusreplikationskinetiken von HIV-Isolaten von therapie-naiven Patienten mit dieser Schnittstellenmutation, die eventuell auf der Übertragung eines PI-resistenten Virus beruht, zeigten darüber hinaus, dass die Frameshiftrate nicht für die veränderte Substratfunktion kompensieren konnte. Vielmehr könnten Mutationen im entfernteren Gag-Bereich kompensatorische Funktionen beim Verbleib von L449F ausüben. Abschließend konnte gezeigt werden, dass diese funktionsreiche Region sich sehr gut als Ziel für Replikationsinhibition mittels siRNA eignet.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language The high variability of HIV is caused by the absence of the proof-reading function of the viral reverse transcriptase and the induction of viruses with different phenotypes. Besides the pressure of the immune system, also antiviral therapy leads to the repression of viral replication and to the selection of adapted virus variants. Increasing understanding of resistance to protease (PR) inhibitors increases the interest to analyse the enzyme itself and its substrate, in particular the cleavage sites in precursor proteins. During this thesis work, two different frames of the gene region, which encodes four cleavage sites of the HIV-PR, were analysed. Since this region is also responsible for a frame shift event, which enables synthesis of viral enzymes, RNA sequences were examined. Differences between therapy-naive and therapy-experienced HIV-isolates were studied and a number of therapy-associated mutations was identified. These mutations, primarily found in Gag cleavage sites, showed tight correlations with resistance-associated PR-mutations. Besides a number of polymorphisms, two therapy-associated mutations on RNA level in the frame shift regulating region were found. The frame shift efficiencies of HIV-isolates showed that most of the mutations in this region do not lead to a significant change in the frame shift efficiency, independent of the mutation type (e.g. insertions, deletions, point or multiple mutations). Only a few HIV-isolates showed a strong reduction in the frame shift efficiency, especially those with a destroyed slippery site. In contrast, a therapy-associated cleavage site mutation with two further polymorphisms showed only a slight increase in the frame shift efficiency, but only 9% of HIV-isolates with this mutation showed this specific combination. The cleavage site mutation L449F leads to a significant increase in the frame shift efficiency, because of the occurrence of a second slippery site. In summary, an increase in frame shift efficiency is not a general mechanism of HIV drug resistance. Moreover, virus replication kinetics of HIV-isolates from therapy-naive patients with this cleavage site mutation, potentially originated from the transmission of a PI-resistant virus, showed that the increased frame shift efficiency could not compensate for the changed substrate function. In fact, mutations in the distant Gag region could fulfill a compensatory task in viruses with L449F. Additionally, this region is a very good target for inhibition of viral replication using siRNA. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Knops, Elena elenaknops@arcor.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-27831
Date:	2009
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Medicine > Virologie > Institut für Virologie
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language HIV , Resistenz , HAART , Frameshift , Schnittstelle German HIV , resistance , HAART , frameshift , cleavage English
Date of oral exam:	30 June 2009
Referee:	Name Academic Title Pfister, Herbert Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2783