Viren, Retroviren und endogene Retroviren

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1 Viren, Retroviren und endogene Retroviren Biochemie Tabakmosaic- Virus Bakteriophage T4 1

2 Arten von Viren I DNA-Viren: Doppelsträngige DNA Viren: Herpes/Adeno-Viren Einzelsträngige DNA Viren: Parvoviren Retroviren: Reverse Transkriptase (RNA-abhängige DNA- Polymerase) Bakteriophagen: Viren, welche Bakterien befallen. Arten von Viren II RNA-Viren: Einzelstrang RNA-Viren: +Strang-RNA-Viren: RNA entspricht der mrna, direkte Translation möglich. RNA abhängige RNA- Polymerase-Gen. -Strang-RNA-Viren: RNA entspricht nicht der mrna, keine direkte Translation möglich. RNA abhängige RNA- Polymerase-Enzym muß vom Virus mitgebracht werden. Doppelstrang RNA Viren: Teilweise konservative Replikation. 2

3 Membranfusion beim Eindringen eines Viruspartikels in eine Zelle Influenza-Virus 3

4 HIV-Virus Anheften des Partikels über gp120 an CD4 HIV 4

5 HIV II ACV Herpes simplex O N NH HO N N NH 2 O 5

6 Retrovirus-Partikel (HIV) trna Primer RNA Genom Integrase, IN, pol Reverse Transkriptase, RT, RNaseH, pol Protease, PR, pro Lipidhülle Matrix, MA, gag Capsid, CA, gag Nucleocapsid, NC, gag Transmembranes Protein, TM, env Surface Glyko- Protein, SU, env Ch. Magin HIV Genom 6

7 (A) n (A) n (A)n (A) n (A)n HIV Genom II D) Exogenous Retroviruses A) Pseudogenes (A) n (A)n genomic RNA (A)n (A) n (A) n infection REVERSE TRANSCRIPTION mrna (unspliced, spliced) no re-infection pseudogene translation proteins (gag, env) translation mrna (unspliced, spliced) proteins (gag, env) cdna (A) n (A) n integration LTR LTR endogenous REVERSE retrovirus TRANSCRIPTION cdna budding transcription transcription LTR LTR re-integration particle formation (budding) LTR provirus LTR LTR cellular gene integration LTR transcription retrotransposon transcription LTR LTR re-integration splicing cdna genomic RNA cdna (A)n (A) n REVERSE TRANSCRIPTION (A) n spliced mrna (A) n particle formation REVERSE TRANSCRIPTION mrna translation proteins (gag) (A) n C) Endogenous B) Retrotransposons Universität Wien genomic Department RNA für Medizinisch/Pharmazeutische Retroviruses Chemie (A) n 7

8 DNA Viren Prionen 8

9 Mutationen, Gendefekte und ihre Folgen Biochemie Mögliche Folgen... Maus mit Gendefekt für die Leptin Produktionen 9

10 Die Entstehung von Krebszellen.. Entstehung von entarteten Zellen durch definierte, genetische Elemente: 1.Telomerase einschalten 2.Tumorsuppressorprotein Rb: ausschalten (Retinoblastom Protein) 3.Tumorsuppressorprotein p53: ausschalten 4.Signalproteine: mutieren 10

11 Die Wirkung des p53 Proteins Die Entstehung von Oncogenen I 11

12 Die Entstehung von Oncogenen II Die Entstehung von Oncogenen III 12

13 Die Entstehung von Oncogenen IV Die Wirkung von Oncogenen 13

14 Verlauf der Krebsentstehung bei dem Colorectalkarzinom Caspasen aktivieren die Apoptose 14

15 Regulation der Proteinkonzentration Larvenentwicklung 15

16 Larvenentwicklung Auswirkung einer Mutation 16

17 DNA-Transposons 17

18 Gentherapie Pharmazeutische Biochemie Definitionen Somatische Gentherapie:... ist das Einbringen therapeutischer Gene in humane somatische Zellen zur Korrektur von Krankheiten... Keimbahntherapie:... ist eine Änderung der Erbinformation von Zellen (Reproduktion), mit dem Ziel der Vererbung... Stammzelltherapie:... die Verwendung von multipotenten, pluripotenten oder totipotenten Stammzellen zur Therapie... 18

19 Einschub: Stammzellen Multipotent: Multipotente Stammzellen sind Bestandteil jedes (auch erwachsenen) Organsimus, z. B. Blutstammzellen des Rückenmarkes (hämatopoetische Stammzellen) Pluripotent: Zellen der inneren Zellmasse der Blastozyste (ca. 4 Tage nach Befruchtung), können nicht mehr zu z. B. Plazentagewebe werden. Totipotent: Befruchtete Eizelle, bzw. die Zellen der ersten Zellteilungen. Gentherapie Anwendungen Metabolische Erkrankungen: Expression von Proteinen und / oder Peptiden in den jeweiligen Zielzellen. Krebs: Einführung von Tumorsuppressor Genen (p53), Aktivierung von metabolischen Enzymen, Induktion von Apoptose, etc. Weitere Anwendungen: ZNS, entzündliche Erkrankungen, genetische Erkrankungen. 19

20 Gentherapie Anwendungen II ex-vivo (in-vitro): 1) Entnahme von Zellen (Gewebe) 2) Kultivierung 3) Einbringen des Genes 4) Implantation der modifizierten Zellen in-vivo: Applikation durch: virale Vektoren: Retroviren, Adenoviren nicht-virale Vektoren: nackt DNA Erfolge 1990: Erste Gentherapie, bei Immundefekt (vier jähriges Mädchen mit Adenosin-Desaminase-Mangel) ex-vivo Behandlung von Knochenmarkszellen Verwendung eines modifizierten Retroviruses 20

21 in-vivo Therapie Probleme: Gentransfer: Inaktivierung bzw. erschwerte Diffusion Genexpression: Verlust des Genes, Verlust der transfizierten Zellen, Genausschaltung Unspezifische Reaktionen Integration in das Zielgenom ist ungerichtet Nutzung von Retroviren 21

22 22

23 Weitere Probleme : Erster Todesfall, nach in-vivo Behandlung mit einem Adenovirus Ornithin Transcarbamoylase Krebstherapie: Versuch der Steuerung, Targetoptimierung ist noch nicht optimal Beispiele I Zielgerichteter Transport von TNF α DNA-Targeting Zur Vermeidung von Nebenwirkungen, Verwendung von Polymeren, zur Zielsteuerung Verwendung von Transferrin. Im Tierversuch deutlich geringere Nebenwirkungen und deutliche Wirkung. R. Kircheis / E. Wagner (Cancer Gene Ther. 2002) 23

24 Klinische Studien Quelle: The Journal of Gene Medicine 63 % aller Studien zur Wirksamkeit wurden an Krebspatienten durchgeführt. 12, 5 % an monogenetischen Erkrankungen, d. h. nur ein, genau bekannter und definierter Gendefekt ist für die Erkrankung verantwortlich. Bisher (Stand Anfang 2003): Über 400 klinische Studien, mehr als 4000 Patienten 24