Zytokine und Chemotherapie

Mi 04.07.19

PD Dr. Stefan Finke

Friedrich-Loeffler-Institut, Greifswald - Insel Riems

stefan.finke@fli.de

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

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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)