Zytokine und Chemotherapie
Mi 04.07.19
PD Dr. Stefan Finke
Friedrich-Loeffler-Institut, Greifswald - Insel Riems
Allgemeine Virologie – SS 2019
Zytokine
• Proteine die der zellulären Kommunikation dienen
• von Zellen produziert
• binden an Rezeptoren
• wirken teils als Wachstumsfaktoren
• Antwort auf Reiz (auch mikrobiellen Reiz)
• regulierbar
• Zytokine im Blut sind eines der ersten Anzeichen einer Infektion
Zytokine - Infektionen
pro-inflammatorische Zytokine (z.B.: IL-1, TNF, IL-6, IL-12)
aktivieren Leukozyten
anti-inflammatorische Zytokine (z.B: IL-10, IL-4, Tgf-ß)
inhibieren Aktivität von pro-inflammatorischen Zytokinen
Chemokine (z.B: IL-8)
Rekrutieren Immunzellen während der frühen Phase derInfektion
Induktion eines antiviralen Status
Kontrolle der Inflammation
Regulation der adaptiven Immunantwort
Regulation der Kommunikation zwischen
angeborener und adaptiver Immunität
Zytokine partizipieren in jeder Phase der Wirtsantwort auf eine virale Infektion
1. Produktion von Zytokinen durch infizierte Zelle
2. Bindung der Zytokine an Rezeptoren auf „sentinal“ Dendritische Zellen, Makrophagen und benachbarten nicht infizierten Zellen
3. Massive Zytokinsynthese durch Dendritische Zellen, Makrophagen und benachbarten nicht infizierten Zellen
Amplifizierung der initialen „response“
Zytokine, die in hohen Konzentrationen auftreten:
erst: IFN-a und IFN-ß (Typ-I Interferone)(auch: IFN-κ (kappa), IFN-δ (delta), IFN-ε (epsilon), IFN-τ
(tau), IFN-ω (omega), and IFN-ζ (zeta, also known as limitin))
dann: Tumornekrosefaktor a (Tnf-a), Interleukine 6 und 12 (IL-6, -12) und IFN-g (Typ-II Interferon)
Muster einer typischen Zytokinreaktionauf eine Virusinfektion
Erkennung von Viralen Strukturen- Two couples processes: detection an alarm -
PAMPs (pathogen-associated molecular patterns)
Tlr7
Typ I – Interferone: Induktion und IFN-stimulierte Genexpression
aus Haller et al., Virology 2006
PKR: dsRNA-abhängige Proteinkinase; TRAF: TNF-Rezeptor assoziierter Faktor; IKKa/ß: Kinase; NF-kB: TranskriptionsfaktorRIG-I/MDA-5: intrazelluläre RNA-Helicasen; IPS: IFN-ß-Promotor Stimulator 1; MAVS: Mitochondrial antiviral signaling; TBK-1/ IKKe: IRF-3 phosphorylierende Kinasen; IRF-3: IFN-regulatorischer Faktor (Transkritpionsfaktor)JAK: Janus-Kinase; TYK: Tyrosin-Kinase; STAT: signal transducer and activator of transcriptionISGF: IFN-stimulierter Genfaktor; ISRE: IFN-stimulated response element
Jak: Janus Kinase
Tyk: Tyrosine Kinase
STAT: signal transducer and activator oftranscription
IRF9: Interferon Response Factor 9
GAS: Gamma Activated Sites
ISRE: Interferon Stimulated Response-Elements
Erkennung von pathogenspezifischen Strukturen(z.B. ssRNA, dsRNA, CpG-reiche DNA)
z.B.: intrazelluläre Rezeptoren für dsRNA: RIG-I; PKRoder Oberflächenrezeptoren: Toll like Rezeptoren
Induktion der IFN b Gentranskription
Sekretion von IFN b
Bindung an IFN a Rezeptor auf der Zelloberfläche(Bindung von IFN a und IFN b)
Signaltransduktionskaskade
Transkription von ISGs (Interferon Stimulierte Gene)
Interferon induzierte Effekte erfolgen meist durch die Inhibition zellulärer Aktiviäten
Interferon induzierte Effekte erfolgen meist durch die Inhibition zellulärer Aktiviäten
Viren interferieren mit fast allen Schritten
aus Haller et al., Virology 2006
• Zytokine als Sofortreaktion auf Virusinfektion
• Erkennung von „Fremdstrukturen“ (PAMPs)
• TLR: 3, 7, 8 und 9: Erkennung von viralen Nukleinsäuren
• Endogene dsRNA-Rezeptoren
• Typ I Interferon Induktion
• Kontrolle der Interferon-Antwort
• Virale Antagonisten der Interferonantwort
Antivirale Chemotherapie
Action of antivirals:enzyme inhibition, fusion inhibition, blocking of shedding, neutralization by monoclonal antibodies
Novel Hepatitis C (HCV)Antivirals
from Scheel and Rice, 2013, Nature Medicine
Viele antivirale Substanzen
sind Nukleosidanaloga
HSV, VZV CMV
HBV
HCV
HIV
HSV: Herpes Simples Virus
VZV: Varizella Zoster Virus
HBV: Hepatitis B Virus
HCV: Hepatitis C Virus
HIV: Humanes Immundefizienzvirus
Viele antivirale Substanzen
sind Nukleosidanaloga
HSV, VZV CMV
HBV
HCV
HIV
HSV: Herpes Simples Virus
VZV: Varizella Zoster Virus
HBV: Hepatitis B Virus
HCV: Hepatitis C Virus
HIV: Humanes Immundefizienzvirus
Pro-Drug-Prinzip Beispiel ACV:
1. Monophosporylierung eines Nukleosidanalogons
Phosphorylierung durch virales Enzym (virale
Thymidinkinase; TK)
2. Weitere Phosphorylierungen zum Triphosphat durch
zelluläre Kinasen
Prinzip der Hemmung der Herpesvirus Vermehrung
2. höhere Spezifität für virale DNA-Polymerasen
1. Prodrug – Prozessierungdurch virale Proteine
Pro-Drugsohne virale
Prozessierung
HSVHSVVariolaVacciniaHIV
HIV
HBV
Foscarnet – trisodium phosphonoformate
• Nichtkompetitiver Inhibitor der viralen Polymerase
(Blockierung der Pyrophosphatebindestelle)
• Halbwertszeit 0.3 – 6.8 h, 90% wird mit Urin ausgeschieden
• Antivirale Aktiviät gegen EBV, CMV, HSV, VZV, HIV
• Nebeneffekte: Nierenschäden, Anämie, Krämpfe
Ribavirin – Guanosine / Inosin-Analogon
• inhibiert zelluläre IMP dehydrogenase Reduktion der GTP-Level
• inhibiert Translation viraler mRNAs durch Interferenz mit 5‘-Capping
• inhibiert virale RNA-abhängige -RNA-Polymerasen
• aktiv gegenüber RNA Viren: RSV in Kindern, mit peg-IFN bei HCV, Hantavirus, Lassa fever virus
• Nebenwirkungen: Bronchospasmen, Konjunktivitis, hämolytische Anämie, Ausschlag, Übelkeit
IMP: Inosinmonophosphat
Hypothetische Wirkungen von Ribavirin
HIV-Therapie
• Kombinationstherapie: Nukleosidische RT Inhibitoren
Nichtnukleosidische RT-Inhibitoren
Protease Inhibitoren
Die Kombination von Substanzen gegen unterschiedliche virale Funktionen / Targets verringert die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Mutationen (da mehrere Mutationen gleichzeitig notwendig sind)
HAART: Highly Active Antiretroviral Therapy
Bei Auftreten von Resistenzen: Therapieumstellung (Austausch einzelner oder mehrer Substanzen)
Gary et al., HIV infection: epidemiology, pathogenesis, treatment, and prevention
The Lancet, 2014
http://dx.doi.org/10.1016/S0140-6736(14)60164-1
Azidothymidin (AZT)
Phosphorylierung zum Triphosphat durch zelluläre Kinasen
Virusreifung wird blockiert
Es entstehen nicht infektiöse Virionen!
Proteaseinhibitoren
Novel Hepatitis C (HCV)Antivirals
from Scheel and Rice, 2013, Nature Medicine
Novel Hepatitis C (HCV) Antiviralsfr
om
Scheel and
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e,
2013,
Natu
re M
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Influenzavirus Replikation
Neuraminidase
Inhibitoren
Amantadin
( Uncoating)
Oseltamivir - Tamiflu
• Sialinsäure-Analog, blockiert Neuraminidase von Influenza A und B
Virusfreisetzung wird blockiert!
• funktioniert nur innerhalb der ersten 48 hrs nach Virusaufnahme
Amantadin / Rimantadin = methyl-amantadin
• Inhibition der Ionenkanalaktiviät des M2 Proteins von Influenza A Virus
• keine Ansäuerung des Viruskapsids
Uncoating wird blockiert
• aktuell zirkulierende Viren sind Amantadin-Resistent
Hepatitis B – Inhibition der HBV-Replikation
• Möglichkeiten der antiviralen Therapie begrenzt, aber
ansteigend
• Nukelosidanaloga Kettenabbruch
• Prodrug-Prinzip (ACV, GCV in der Herpesvirus-Therapie)
• HIV-Therapie: HAART, Inhibition diverser Schritte im retro-
viralen Zyklus (Wirkmechanismen)