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Probleme bei der Therapie von Virusinfektionen
Ziel ist die Hemmung der Virusreplikation ohne Schädigung der Zelle, durch Hemmung virusspezifischer Funktionen
Probleme:
Prinzipieller Unterschied zwischen Chemotherapie gegen Bakterien und Viren
Allgemeine Therapie von Virusinfektionen
Symptomatische / Unterstützende Therapie
speziell bei respiratorischen Infektionen. Verhinderung von bakteriellen Superinfektionen
Ruhe, Antipyretika, Analgetika, unspezifische Immunstimmulanz, eventuell Antibiotika
Interferon stimmuliert Interferon-abhängige Gene, was zum Abbau von m-RNA und Hemmung der Proteinsynthese führt. So ist eine Zelle gegen Viren geschützt.
Man benötigt aber eine große Menge IFN so daß dies nur mit rekombinanten INF möglich ist
Es muß in konstantem Spiegel vorliegen, also nur über Infusion zu applizieren
Wirksamkeit am besten bevor sich Symtome zeigen
Verwendet wir es bei
Nebenwirkungen: Fieber, Erschöpfung, Muskel und Gliederschmerzen, Übelkeit
Aber das Virus schlägt zurück
Einige Viren codieren für Produkte, die die interferonabhängigen antiviralen Schutzmechanismen hemmen
Beispiele von Mechanismen zur Inhibition von IFN :
| Virus | Protein | Aktion | Effekt |
| Adenovirus | E1a Protein | Signalübertragung | Blockiert Signalierung |
| Epstein-Barr | EBNA-2 Protein | Signalübertragung | Blockiert Signalierung |
| Vaccinia | E3L Protein | PKR | Bindet dsRNA |
| Myxoma | M-T7 Protein | IFN gamma | Neutralisiert |
| HIV-1 | Tat Protein | PKR | Baut PKR ab? |
| Reovirus | Sigma 3 Protein | PKR | Bindet ds RNA |
Denn Viren die IFN nicht bis zu einem gewissen Grad ausschalten könnten, wären auch nicht erfolgreich, sprich überlebensfähig.
Der einfachste Weg ist die Inhibition der zellulären RNA und Protein Synthese, da so auch die IFN Synthese zurückgeschraubt wird (wird von sehr virulenten Viren verwendet).
Es gibt aber auch elegantere Wege:
Einige Viren codieren Proteine, die die Signalübermittlung bzw. die Synthese von Signalen als Folge von IFN unterbinden
Andere Viren inhibieren ds RNA-abhängige Protein Kinasen (PKR), die den Initiierungsfaktor eIF-2 phosphorylieren, und damit die Proteinsynthese stoppen.
Myxoma Virus codiert ein sekretiertes Protein (M-T7), das starke Ähnlichkeit mit der extrazellulären Domäne des IFN-gamma Rezeptors hat. So bindet das Molekül IFN-gamma und neutralisiert es.
Andere Cytokine können aber auch durch Viren inhibiert werden. z.B. schützt die Adenoviren ein Protein (E3) vor dem Angriff durch TNF.
Kausale antivirale Therapie
Da Viren auf funktionierende Zellmechanismen zur Replikation angewiesen sind, kann eine antivirale Therapie aus einer direkt gegen das Virus gerichtete Strategie oder der Störung der Wirtszell/Virus Interaktion bestehen.
| Phase im Viruszyklus | betroffener Mechanismus | Konzept |
| Adsorption/Enthüllung des Virus |
Oberflächenstrukturen des Virions |
Applikation von
löslichen zellulären Virusrezeptoren. Ionen-Transport-Hemmstoffe |
| Nukleinsäure.Replikation | Replikase | Nucleosid-Analoga |
| Virale Genexpression | virale Regulations-Proteine | Inaktivierung durch Bindung an spezifische "Köder" |
| virale m-RNA | Interferon, Ribozym | |
| Spaltung von Precursorn | virale Protease | Protease-Inhibitor |
| Zusammenbau des Virions | virale Strukturproteine | Proteinmutante |
Chemotherapeutika können gegen verschiedene Punkte des viralen Lebenzyklus angewand werden:
Lösliche zelluläre Virus-Rezeptoren:
Frühe virale Prozesse (Ionenkanalblocker)
Amantadine und Rimantadine
Inhibition der reversen Transkriptase
Zidovudine wird zu seiner Triphosphatform phosphoryliert und diese AZT-TP wird dann in neue DNA-Stränge eingebaut und verhindert deren Elongation. AZT-TP ersetzt hierbei das normale Thymidin-Triphosphat.
Störung des viralen Nukleinsäureaufbaus
Purine + Pyrimidine-Analoga werden an Stelle eines normalen Nukleotides in den wachsenden Nukleinsäurefaden eingebaut.
Dadurch wird die weitere Virusvermehrung gestoppt.
Die Wirkung ist nur virusstatisch, nicht viruzid.
Acyclovir und Ganciclovir sind beide Guanosin-Analoga, haben aber unterschiedliche Effizienz bei Herpesinfektionen
Acyclovir ist bei Herpes simplex (HSV) und Varizella Zoster (VZV)
erfolgreich,
Ganciclovir beim Cytomegalievirus (CMV)
Für die Herpes simplex Thymidinkinase ist Acyclovir ein viel besseres Substrat als für das zelluläre Enzym. Nach der Phosphorylierung zum Triphosphat wird es von der viralen Polymerase bevorzugt in die neue DNA eingebaut, was zum sofortigen Abbruch der Elongation führt. Gleichzeitig bleibt aber dieses Guanosin-analog-Triphosphat an die Polymerase gebunden, was deren Inaktivierung und damit eine Reduzierung der Replikation bedeutet.
Dadurch daß Acyclovir und Ganciclovir auf 2 Ebenen spezifisch und primär auf virale Enzyme aktiv ist, kommt es nur zu geringen Nebenwirkungen
Der Hintergrund, warum das eine gegen HSV und VZV das Andere aber gegen CMV aktiv ist, ist unklar, aber vielleicht durch sterische Unterschied zu erklären.
Beeinflussung der viralen Genexpression
Kurze, synthetische antisense Oligonukleotide, die complementär zu einer viralen mRNA-Sequenz sind, verhindern die Genexpression.
Die Hybridisierung an die virale mRNA soll
Die Hybridisierung an virale DNA bzw. cDNA soll
Antivirale Aktivitäten konnten in der Zellkultur gegen HIV, HSV und Influenza schon ausgetestet werden.
Dummerweise gibt es Probleme mit
sind katalytische RNA Moleküle, die spezifische biochemische Reaktionen ankurbeln, ohne weitere Proteine.
Diese Reaktionen können auf der einen Seite intramolekular (self-splicing, self-cleaving) oder auf der andereren intermolekular unter Verwendung anderer RNA-Moleküle als Substrat. Dies letztere ist eine echte enzymatische Reaktion, da das Ribozym nachher wieder andere RNAs spalten kann.
Man findet 4 Gruppen von Ribozymen
Inaktivierung durch Bindung an spezifische "Köder"
HIV-1 besitzt zumindest 6 Gene, die nicht bei anderen Retroviren gefunden werden. Das tat Gen codiert für ein Protein von 86 Aminosäuren, das die Expression proviraler RNA Transkripte der Strukturproteine via beschleunigter Synthese positiv reguliert. Virusmutanten in dieser Region können sich nicht replizieren. Das Tat Protein wirkt im Zellkern auf das TAR (transactivating responsiv element), wobei es den mRNA Spiegel erhöht und gleichzeitig diese Moleküle stabilisiert. Also scheinbar wirkt es sowohl transkriptional (auf die DNA-Kopie des TAR) und posttranskriptional (auf die RNA-Kopie des TAR).
Da TAR im proviralen LTR liegt, da wo die Transkription initiiert wird, kommt es in allen Transkripten vor.
Ist das Tat Protein nicht vorhanden, inhibiert die TAR-Sequenz die Proteinsynthese aus der TAR-enthaltenden mRNA
Tat kann direkt an TAR-RNA Sequenzen binden, aber wie es auf die TAR-DNA wirkt, ist noch unklar
So sollte eigentlich ein Überschuß an ungebundenen TAR Sequenzen Tat aufräumen und so die HIV Expression unterbinden.
Ähnliche Überlegungen gibt es mit Rev, das für den Export von nicht gespliced und einfach gespliced HIV mRNA aus dem Zellkern zuständig ist. In der Anwesenheit von Rev kann eine spezifische env-Sequenz (anti-repression sequence CRS) dies binden und so die RNA ums splicing compartment umleiten. So kommt es zur Massenproduktion von Strukturproteinen und letzendlich Virus, Regulationsenzyme werden nicht mehr produziert.
So könnte ein Überschuß an CRS Rev aufräumen und so HIV inhibieren
Versuche laufen mit beiden Methoden.
Spaltung von Proteinvorläufern
Protease-Inhibitoren
HIV Proteasen sind symmetrische Dimere, die an ihren aktiven Stellen Aspartam-Säurereste enthalten. Die Enzym / Substrat-Komplexe enthalten ein Wassermolekül in der Schlüsselstruktur, die einmalig für retrovirale Proteasen ist.
So kann man dies Wassermolekül als Zielscheibe für inhibitorische Aktivitäten herranziehen, z.B. durch chemische Konstrukte, die diese Hydrogen-bindenden Eigenschaften nachmachen. Sie werden daher als competitive Enzyme appliziert, die sich an die Enzyme auch noch fester binden als das normale Substrat.
Probleme mit diesen Medikamenten sind:
Protease-Inhibitoren werden zur Zeit in der HIV Therapie in Kombination schon ausprobiert.
Störung des Zusammenbaus des Virions
"dominant negative viral protein mutants"
Virale proteine setzen sich oft aus multimere verschiedenen Einzelproteinen zusammen, die sich verbinden müssen um eine stabile struktur zu bilden. Veränderte "mutant" proteine können sich zwar mit den anderen Verbinden, führen aber nie zu einer geschlossenen oder stabilen Struktur.- Falls diese mutant Proteine mit eine hohere Affinität binden als die normalen Proteine, spricht man von "dominant negative"
Bei HIV hat man Gag Protein-Mutanten competitiv zur Hemmung des Zusammenbaus des Virus eingesetzt.
Courtesy Institute of Molecular Virology, GSF-Neuherberg,
Munich,
and Bavarian Nordic Research Institute, Munich,
Germany
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