GV III, WS11/12 Teil Virologie

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1 GV III, WS11/12 Teil Virologie Prof. Ralf Bartenschlager Department Infektiologie, Molekulare Virologie, Med. Fakultät Heidelberg

2 R.B. Mi Geschichte der Virologie, Virusaufbau, Klassifizierung, Nachweis von Viren R.B. Do Virale Replikationsstrategien R.B. Fr Virologie Verlaufsformen von Virusinfektionen R.B. Mo Pathogenese viraler Infektionen R.B. Di Antivirale Therapie und Impfung

3 Probleme der antiviralen Therapie Wenige virus-spezifische Angriffsziele (obligat intrazelluläre Parasiten) keine Breitband-Virostatika, sondern erregerspezifisch Hohe Replikations- und häufig auch Mutationsrate schnelle Resistenzentwicklung Fehlende in vitro und in vivo Vermehrungssysteme keine Testung der antiviralen Potenz eines Wirkstoffs Symptome häufig nach Höhepunkt der Virämie zu spät, um Virämie zu reduzieren

4 Angriffspunkte antiviraler Medikamente X Viruseintritt Bindungs-, Eintrittsinhibitoren: Maraviroc, Enfuvirtide Replikation des Genoms X Amantadin Uncoating Freisetzung des Genoms X Polymeraseinhibitoren: z.b. AZT, Acyclovir, Lamivudin, Efavirenz Proteinsynthese Reifungsinhibitoren: z.b. Lopinavir, Darunavir X X Virusaustritt durch Knospung oder Lyse der Zelle Freisetzungsinhibitoren: Oseltamivir, Zanamivir

5 Antivirale Therapiestrategien Polymerase- Inhibitoren Ribavirin Protease-Inhibitoren Inhibitoren des Viruseintritts Reverse Transkriptase Inhibitoren, DNA Polymerase Inhibitoren Unbekannter Wirkmechanismus Fusionsinhibitoren Korezeptor-Antagonisten Amantadin, Rimantadin, HBV Herpesviren RNA-Viren HCV, RSV, Lassa, Hanta, HCV (SarsCoV, Picorna) Influenza Inhibitoren der Virusfreisetzung Zanamivir, Oseltamivir Influenza Integrase-Inhibitoren Raltegravir

6 Antivirale Therapiestrategien Polymerase- Inhibitoren Ribavirin Protease-Inhibitoren Inhibitoren des Viruseintritts Reverse Transkriptase Inhibitoren, DNA Polymerase Inhibitoren Unbekannter Wirkmechanismus Fusionsinhibitoren Korezeptor-Antagonisten Amantadin, Rimantadin, HBV Herpesviren RNA-Viren HCV, RSV, Lassa, Hanta, HCV (SarsCoV, Picorna) Influenza Inhibitoren der Virusfreisetzung Zanamivir, Oseltamivir Influenza Integrase-Inhibitoren Raltegravir

7 Antivirale Klassiker: Kettenterminatoren... P A U G OH P OHP C T Virale Polymerase A G OHP OH P C zb. AZT Keine 3 OH-Gruppe T Weiterer Einbau ist blockiert A NNN PP P G C OH

8 Beispiele für antiviral wirksame Nukleosidanaloga (RT-Inhibitoren gegen bzw. HBV) T A C T C Zidovudine (AZT) Didanosine (ddi) Zalcitabine (ddc) Stavudine (d4t) Lamivudine (3TC) 3 OH-Gruppe fehlt

9 Nicht-nukleosidische Inhibitoren der RT (NNRTI) Efavirenz, Nevirapin,Etravirin NNRTI Reverse Transkriptase Bindung an die Reverse Transkriptase (RT) außerhalb des aktiven Zentrums Kein Einbau bei der Nukleinsäure-Synthese Allosterische Hemmung durch Blockierung der RT-Strukturänderungen Flint et al., 3rd edition, 2009

10 Antivirale Therapiestrategien Polymerase- Inhibitoren Ribavirin Protease-Inhibitoren Inhibitoren des Viruseintritts Reverse Transkriptase Inhibitoren, DNA Polymerase Inhibitoren Unbekannter Wirkmechanismus Fusionsinhibitoren Korezeptor-Antagonisten Amantadin, Rimantadin, HBV Herpesviren RNA-Viren HCV, RSV, Lassa, Hanta, HCV (SarsCoV, Picorna) Influenza Inhibitoren der Virusfreisetzung Zanamivir, Oseltamivir Influenza Integrase-Inhibitoren Raltegravir

11 Rolle der -1 Protease bei der Virusreifung Assembly und Freisetzung Proteolytische Prozessierung Von Gag X Proteaseinhibitoren Unreif Stabiles Kapsid Nicht infektiös Reif metastabiles Kapsid infektiös

12 -1 Protease-Inhibitoren verhindern die Virusreifung Amprenavir im aktiven Zentrum der Protease Blundell et al, 2002 Proteaseinhibitoren binden an das aktive Zentrum und blockieren die Enzymaktivität Keine Prozessierung der viralen Strukturproteine Keine Virusreifung, Partikel sind nicht infektiös

13 PR-Inhibitoren in der -Therapie (Peptidomimetika) Ritonavir Saquinavir Indinavir

14 Antivirale Therapiestrategien Polymerase- Inhibitoren Ribavirin Protease-Inhibitoren Inhibitoren des Viruseintritts Reverse Transkriptase Inhibitoren, DNA Polymerase Inhibitoren Unbekannter Wirkmechanismus Fusionsinhibitoren Korezeptor-Antagonisten Amantadin, Rimantadin, HBV Herpesviren RNA-Viren HCV, RSV, Lassa, Hanta, HCV (SarsCoV, Picorna) Influenza Inhibitoren der Virusfreisetzung Zanamivir, Oseltamivir Influenza Integrase-Inhibitoren Raltegravir

15 Inhibitoren des Viruseintritts: Ko-Rezeptor Antagonisten Chemokin-Rezeptoren (CXCR4 oder CCR5) fungieren als Ko-Rezeptor für Rezeptor Zelle X Ko-Rezeptor-Antagonist Maraviroc (Celsentri) blockiert die Bindung des Virus an CCR5

16 Inhibitoren des Viruseintritts: Fusions-Inhibitor Enfuvirtid (T20, Fuzeon TM ) Rezeptor Ko-Rezeptor Zelle Enfuvirtid

17 Antivirale Therapiestrategien Polymerase- Inhibitoren Ribavirin Protease-Inhibitoren Inhibitoren des Viruseintritts Reverse Transkriptase Inhibitoren, DNA Polymerase Inhibitoren Unbekannter Wirkmechanismus Fusionsinhibitoren Korezeptor-Antagonisten Amantadin, Rimantadin, HBV Herpesviren RNA-Viren HCV, RSV, Lassa, Hanta, HCV (SarsCoV, Picorna) Influenza Inhibitoren der Virusfreisetzung Zanamivir, Oseltamivir Influenza Integrase-Inhibitoren Raltegravir

18 Neuraminidase-Inhibitoren blockieren die Freisetzung von Influenzaviren Oberflächenproteine Hämagglutinin Neuraminidase Neuraminidase löst Viren von der Wirtszelle Oseltamivir Zanamivir Hämagglutinin bindet an Sialinsäure auf der Wirtszelle Neuraminidase spaltet Sialinsäure Viren verkleben mit der Zelle und miteinander

19 Neuraminidase-Inhibitoren imitieren die Sialinsäure N Hämagglutinin (HA) bindet an Sialinsäure auf der Zelle Virushülle von der Zellmembran abgeleitet => Sialinsäure auf der Virus-Oberfläche => Aggregation miteinander und mit der freisetzenden Zelle HA Neuraminidase (N) spaltet Sialinsäure => Virus-Freisetzung natürliches Substrat Sialinsäure Inhibitor Zanamivir (Relenza) Inhibitor Oseltamivir (Tamiflu) Aktives Zentrum der Neuraminidase muss inhaliert werden oral verfügbar

20 Problem (Antivirale) Resistenz

21 Antivirale Resistenzentwicklung Klinische Resistenz Anstieg der Viruslast unter Therapie, klinische Verschlechterung X X X Viruspopulation im Patienten (Quasispezies) Bestehende Resistenz Zu geringe Dosierung unzureichende Compliance X X Selektion Therapie-Erfolg Zusätzliche Mutationen: Erhöhte Fitness Therapieversagen

22 Antivirale Resistenz Resistenzentwicklung korreliert mit viraler Replikation Resistenzentwicklung verläuft in der Regel in mehreren Schritten Resistenzvarianten gegen jeden Inhibitor möglich Kreuzresistenz und multiple Resistenz ist möglich Resistenzvarianten sind übertragbar 10% aller -Neuinfektionen in Europa werden von resistenten Virusvarianten verursacht (SPREAD, 2003)

23 Impfung Passiv = Transfer von Antikörper Aktiv = Transfer von Antigen

24 Herstellung von Impfstoffen Lebendvakzine Totvakzine Spaltvakzine Flint et al., 3rd edition, 2009

25 Attenuierung von Viren mehrfache Passage in nicht-homologen Zellen Flint et al., 3rd edition, 2009

26 Attenuierte Poliovirus Vakzine Orale Gabe (Schluckimpfung) Bessere Immunantwort als gegen Polio-Totvakzine Aber höheres Impfrisiko (wenige Mutationen bestimmen die Attenuierung) 5 UTR bestimmt Tropismus (RNA Translation)

27 Papillomvirus-Impfung In Deutschland ~1700 Todesfälle/Jahr durch Cervixkarzinom Cervix-Carcinom >90% mit bestimmten Papillomviren assoziiert. Effektive Früherkennung durch Zellabstrich nach Papanicolaou HPV-16 und -18 sind mit ~70% aller Cervixkarzinome assoziiert Impfstoff: leere, rekombinant hergestellte Viruskapside 3 Injektionen erforderlich; gut verträglich, hohe Serokonversion Seit 2007 vom RKI für Mädchen Jahre empfohlen

28 Lebend- und Totimpfstoffe Immunantwort Humoral (IgG) Schleimhaut (IgA) Zellulär (CTL) Schutzdauer Eigenschaften Applikation Kosten Wiederholungen Adjuvans Hitzestabilität Nebenwirkung Interferenz Reversion zur Virulenz Lebendimpfstoff (lebens)lang oral/parenteral niedrig 1 (+) - - gering (Virämie) + + Totimpfstoff (+) begrenzt parenteral relativ hoch (+) gering (lokal) - -

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