Zur Resistenzlage von Influenzaviren

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1 Friedrich-Schiller-Universität Jena Institut für Virologie and Antivirale Therapie Zur Resistenzlage von Influenzaviren P. Wutzler

2 Phasen der Virusreplikation Mögliche Agriffspunkte selektiver Virustatika Influenzaviren Freisetzung neuer Viren durch Knospung Adsorption Adsorptions- Hemmer? Endozytose Neuraminidase- Inhibitoren Endosomale Vesikel Adamantane M2-Ionenkanalblocker Uncoating, Transport der Nukleokapside in den Kern Transkription, Replikation der viralen RNA Synthese viraler Proteine Hemmung von Polymerase und PB1? Neue Nukleokapside mit Matrixprotein

3 Antivirale Medikamente gegen Influenza A Membranprotein (M2) M2-Inhibitoren Amantadin Rimantadin Neuramindase (NA) NA-Inhibitoren Zanamivir Oseltamivir (Peramivir)

4 Adamantane - M2-Inhibitoren Amantadin / Rimantadin Zur spezifischen Behandlung und medikamentösen Prophylaxe der Influenza A zugelassen Wirkungsweise: Blockierung des M-2-Ionenkanals Klinische Wirksamkeit: Verkürzung der Dauer der Symptomatik und der Virusausscheidung um etwa einen Tag, wenn sie bis 48 Stunden nach Krankheitsbeginn verabreicht werden. H NH 2.HCl H Nachteile: Wirkung nur gegen Influenzavirus A Häufig Nebenwirkungen Schnelle Resistenzentwicklung unter Therapie Virusstämme mit unveränderter Virulenz H Amantadin

5 M2-Ionenkanal von oben Punktmutation S31N Serin 31(S) Serin Asp.. 31(N) Amantadin X Stouffer et al. Nature 2008;451:596-9

6 Adamantan-Resistenz von A/H3N2 Viren in Asien und den USA von USA % R % R Brigth et al. Lancet 2005;366:1175-8

7 Verschriebene Adamantan-Dosen und Resistenzlage der A/H3N2-Isolate in den USA Simonsen et al. Mol Biol Evol 2007;24:

8 Amantadin - von resistent zu sensibel? - Molekular-epidemiologische Untersuchungen der Influenzaviren von 2006/07 in den USA : Cozirkulation zahlreicher unterschiedlicher Virus-Linien und häufiges Reassortment zwischen den gleichen A-Subtypen Reversion von resistent zu sensibel: minor lineage von A/H3N2-Viren erlangte Adamantan-Sensitivität (Serin in Position 31) zurück Aufnahme eines älteren Adamantansensitiven M-Segments durch Reassortment Nelson et al. PLoS Pathog 4(8): e doi: /journal.ppat

9 Adamantan-Resistenz Punktmutationen im M2-Protein durch Austausch einer Aminosäure im M2-Protein - am häufigsten S31N Influenza A/H3N2: Für den Anstieg der Resistenzraten von 0-5% vor 2003 auf derzeit nahezu 100% ist ein einzelner Mutationstyp (S31N) verantwortlich Wenn der Selektionsdruck durch den breiten Einsatz von Adamantanen die Ursache für die Resistenz-Entwicklung wäre, hätten alle möglichen Punktmutationen auftreten müssen Hypothese: Ausbreitung der S31N-Mutanten als Folge einer Interaktion mit anderen vorteilhaften Mutationen (z.b. Entkommen der immunologischen Kontrolle) Simonsen et al. Mol Biol Evol 2007;24:

10 Neuraminidasehemmer zur Behandlung der akuten Influenza Zanamivir (Relenza ) Oseltamivir (Tamiflu ) HO 2 x tgl. 10 mg H 2 x tgl. 75 mg per inhalationem über 5 Tage HO AcHN per os über 5 Tage Behandlungsbeginn innerhalb von Stunden: 30-40% (1-3 Tage) Verkürzung der Dauer der Symptome (Fieber, Myalgie, Kopfschmerzen, Husten etc.) ca. 40% Reduktion der Schwere der Symptome 40-50% Reduktion der Inzidenz von Sekundärerkrankungen HN OH NH O NH 2 COOH Reduktion der Virusausscheidung O AcHN H NH 2 COOH

11 Glu276 His274 Oseltamivir Asn294 Collins et al. Nature 2008;453:

12 Glu276 Tyr274 Zanamivir Asn294 Collins et al. Nature 2008;453:

13 Oseltamivir/Tamiflu Zanamivir/Relenza TM Bindung erst nach Konformationsänderung möglich Für Bindung keine Konformationsänderung erforderlich Keine Kreuzresistenz bei Resistenzmarkern H274Y, N294S, E119V Reproduktion: Moscona. N Engl J Med 2005; 353:2633-6

14 Neuraminidase-Hemmer Resistenzlage der saisonalen Influenzaviren Oseltamivir Unter Behandlung 1,2,3 : Erwachsene: 1% Kinder: 4-18% Subtyp-spezifische Mutationen 1,2,4,6 : N1 H274Y, N294S N2 R292K, N294S, E119V Bis Winter Zanamivir Unter Behandlung bisher keine Resistenz bei Influenza A keine Kreuzresistenz bei H274Y, N294S, E119V 4,5,6 1. Kiso et al. Lancet 2004;364:759-65; 2. Ward et al. J Antimicrob Chemoter 2005;55(Suppl.1):13-21; 3. The Writing Committee of the World Health Organisation (WHO) N Engl J Med 2005;353: ; 4. Gubareva et al. Antimicrob Agents Chemother 2001;45:3403-8; 5. Baz et al. Clin Infect Dis 2006;43: ; 6. Le et al. Nature 2005;437:1108

15 Fitness Oseltamivir-resistenter Viren Abgeschwächte Fitness der Oseltamivir-resistenten Viren R292K, H274Y; N294S - Verminderte Replikation in Zellkulturen - Infektiosität für Mäuse und Frettchen reduziert - Pathogenität und Übertragbarkeit bei Frettchen vermindert - Aber: H274Y übertragbar (Frettchen) und pathogen (Mäuse) E119V Infektiosität und Übertragbarkeit unverändert Ives et al. Antiviral Res 2002;55:307-17; Herlocher et al. J Infect Dis 2004;190: ; Zürcher et al. J Antimicrob Chemother 2006;58:723-32

16 H274Y-Oseltamivir-resistente Virusvarianten Keine NI-Resistenz vor dem klinischen Einsatz der Präparate.unter Therapie H274Y in H1N1-Viren erstmalig in Studie nach experimenteller Infektion aufgetreten: >400fach geringere Empfindlichkeit 2000/2001 H274Y in H1N1-Viren bei 16% der mit Oseltamivir behandelten Kinder in einer klinischen Studie (z. T. unzureichende Dosierung) 2005 H274Y in H5N1-Viren bei 2 von 8 Patienten während bzw. kurz nach Behandlung ohne Exposition 2005 H274Y in H5N1-Viren bei Wildvögeln 2005/06 saisonale Influenza: H274Y in H1N1-Viren in China (Gr. 2C) und USA (Gr. 1) wenige Fälle 2007 H274Y in H1N1 (Gr. 2B; Brisbane) in USA und Nord-Europa McKimm-Breschkin et al. Antimicrob Agents Chemother 2003;47: ; Gubareva et al. JID 2001;183;523-31; Ward et al. J Antimicrob Chemother 2005:15-20; Recombinomics 23 Aug. 2008

17 Eurosurveillance, Volume 13, Issue 5, 31 January 2008 VIRGIL - Europäisches Netzwerk zur Überwachung der Resistenz von Viren

18 Antivirals and Antiviral Resistance Influenza 6. August 2008 European Influenza Surveillance Scheme (EISS) und VIRGIL Project ;

19 Abschlussbericht der AG Influenza, Saison 2007/08 Alle resistenten Viren trugen die Substitution H274Y in der Neuraminidase. Phänotypisch: bis zu 800-fach höhere IC50 Resistenzen gegen Zanamivir oder Amantadin wurden bei den A/H1N1-Viren nicht beobachtet.

20 Starke Ausbreitung Oseltamivir-resistenter A/H1N1-Viren in der Saison 2007/2008 Mutation durch Austausch einer einzelnen Aminosäure im N1-Gen: Histidin(H) gegen Tyrosin (Y) in Position 275(4) H274Y Erstmalige Ausbreitung einer voll virulenten Mutante - H1N1 (H274Y) bei unterschiedlichem genetischem Hintergrund homologe Rekombination, keine Selektion zufällig entstandener Mutanten Nachweis bei Menschen, die weder mit Oseltamivir behandelt wurden, noch Kontakt zu behandelten Personen hatten Globale Ausbreitung der Oseltamivir-Resistenz in H1N1: 100% in Südafrika und Australien Abstammung von der europäischen Sub-Gruppe

21 Was bringt die Saison 2008/09? Expansion der Brisbane/59- like H1N1-Varianten (2B; Sub-Gruppe mit H274Y) auf Nord- und Südhalbkugel spricht für das Wiederauftreten von H1N1-Infektionen in der kommenden Saison. Konsultation der ECDC und WHO Regional-Büro, 13. Sept.2008, Portugal Vereinzelt Zanamivir-resistente H1N1-Varianten (Q136K-Marker) in Isolaten mit unterschiedlichem genetischem Hintergrund (2006 Philippinen, Australien Gr. 2A; 2007/08 Australien, Neuseeland, Thailand Gr. 2B). Weitere Ausbreitung?? Empfehlungen zur Therapie und Prophylaxe der saisonalen Influenza: In USA und Canada: Oseltamivir und Zanamivir zunächst unverändert beibehalten.

22 Schlussfolgerungen Explosionsartige Ausbreitung von Resistenzen gegen Adamantane (H3N2) und Oseltamivir (H1N1) durch homologe Rekombination. Ist weitgehend unabhängig vom Einsatz der Präparate und damit nicht beeinflussbar Erfassung der komplexen Dynamik der Resistenzentwicklung erfordert eine flächendeckende virologische Überwachung mit hochsensitiven antigenen und genetischen Methoden Eine Erweiterung der Palette der antiviralen Medikamente ist erforderlich, insbes. im Hinblick auf andere Angriffspunkte Neuraminidasehemmer sind nach wie vor die beste therapeutische (prophylaktische) Option bei Influenzaerkrankungen

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