Untersuchung einer HIV-1 Restriktion ausgelöst durch die Aktivierung von Toll-like Rezeptoren

Abstract

Toll-like Rezeptoren (TLR) sind Mustererkennungsrezeptoren und dienen der Erkennung von pathogenen Mustern als Teil des angeborenen Immunsystems. Die Antwort des Immunsystems beinhaltet zum einen die Expression von zellulären antiviralen Proteinen (Restriktionsfaktoren) und zum anderen die Expression von proinflammatorischen Zytokinen. TLR7 und TLR8 sind in der Lage, einzelsträngige RNA zu erkennen. Dazu gehört auch das Genom von HIV-1, dem Erreger des erworbenen Immundefektsyndroms AIDS. Bislang war die Suche nach einem erfolgreichen Medikament, das die Infektion nicht nur eindämmen, sondern heilen kann, erfolglos. Ein wichtiges, bis jetzt teils untererforschtes Gebiet ist die Rolle der Toll-like Rezeptoren und Restriktionsfaktoren. TLR7 und TLR8 lassen sich durch den Agonisten Resiquimod (R848) aktivieren. Die Aktivierung von TLR7/8 induziert bei der Verwendung von VSVg-pseudotypisierten Reporterviren in infizierten Monozyten eine HIV-1 Restriktion. Hofmann et al. [1] sind durch ihre Ergebnisse zu dem Schluss gekommen, dass durch die Aktivierung von TLR7/8 womöglich ein neuartiger Restriktionsfaktor exprimiert wird. SAMHD1 ist ein bereits bekannter Restriktionsfaktor, der in der Zelle vorliegt und in der Lage ist, den dNTP-Pool zu senken und die Replikation des HI-Virus Typ 1 zu inhibieren. Das akzessorische Protein vpx kann diesem antiviralen Effekt entgegenwirken. In dieser Arbeit wurde ein HIV-1 Reportervirus verwendet, das in der Lage ist, vpx zu verpacken. Das verwendete Reportervirus ist zudem mit dem Hüllmembran-Glykoprotein eines transmitted founder HI-Virus (TFenv) pseudotypisiert. Eine Infektion mit dem Reportervirus entspricht demnach einer in vivo HIV-1 Infektion. In den Experimenten konnten Monozyten erfolgreich mit dem Reportervirus infiziert werden. Die Aktivierung von TLR7 und TLR8 durch TLR7/8-spezifische Agonisten führte in infizierten Monozyten unabhängig von SAMHD1 oder eines bisher bekannten Restriktionsfaktors zu einer Restriktion. Die verwendeten TLR-Agonisten zeigten jedoch Unterschiede in ihrer Wirkungsweise: Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten darauf hin, dass die Aktivierung von Toll-like Rezeptor 8 ausschlaggebend für die HIV-1 Restriktion ist. Bislang sind weder der Reaktions-mechanismus noch die genaue Wirkung bekannt. Neben primären Zellen wurden zudem monozytäre Zelllinien getestet. Bisher hat die Aktivierung von TLR7 und TLR8 jedoch keinen Einfluss auf eine HIV-1 Infektion gezeigt. Bis zur vollständigen Aufklärung sind weitere Untersuchungen nötig. Nur durch ein weitreichendes Verständnis des gesamten Replikationszyklus und den damit verbundenen Inhibierungen kann in Zukunft eine potente und wirksame Heilung einer HIV-1 Infektion realisiert werden.

Toll-like receptors (TLR) are pattern recognition receptors (PRRs). As part of the innate immune system, they can sense pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). In respond to a pathogen, the expression of cellular antiviral proteins (restriction factors) and proinflammatory cytokines is triggered. TLR7 and TLR8 recognize single stranded RNA. This also includes the genome of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1), the main pathogen of acquired immunodeficiency syndrome (AIDS). So far, there is no drug which can not only halt, but cure an infection. Toll-like receptors and restriction factors are important as part of future research. Resiquimod (R848) activates TLR7 and TLR8 in vitro and therefore causes a restriction in HIV-1 infected monocytes with a VSVg pseudo typed reporter virus. Hofmann et al [1] concluded that the activation of TLR7/8 leads to the expression of a novel restriction factor. SAMHD1 is an already well-known restriction factor which depletes the dNTP pool in non-dividing cells and brings a halt to a HIV-1 infection. The accessory protein vpx is capable of reversing the restriction which is caused by SAMHD1. A HIV-1 reporter virus which can package vpx was used to successfully infect monocytes. Instead of VSVg, the reporter virus is pseudo typed with the envelope of a transmitted founder HI-virus (TFenv). Therefore, an infection with the described reporter virus is equivalent to an in vivo HIV-1 infection. The activation of TLR7/8 by different TLR agonists led to a restriction in infected monocytes, independent of SAMHD1 or any other known restriction factor. Nevertheless, the applied TLR-agonists showed differences in their impact: The results suggest that the activation of toll-like receptor 8 is decisive for the restriction. However, neither the mechanism of this restriction nor its precise effect are characterized. In addition to primary cells, monocyte derived cell lines have been tested: So far, the activation of TLR7 and TLR8 showed no influence on the HIV-1 infection. Further experiments are necessary to fully disclose the replication cycle of HIV-1 with all its possible inhibitions. This is the only way to find a throughout and potent cure for HIV-1 infections in the future.