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HIV-Ausbreitung: Optimale Anpassung an den Wirt Mensch

Eine neue Studie unter Federführung des Ulmer Virologen und Leibnizpreisträgers Frank Kirchhoff erklärt möglicherweise, warum nur eine von mehreren unabhängigen Übertragungen von Affenimmundefizienzviren (engl. SIV für simian immunodeficiency viruses) aus Schimpansen auf den Menschen zur weltweiten AIDS-Pandemie führte. Die Forscher hoffen nun, dass diese neuen Ergebnisse dazu beitragen, neue Wege zu finden, die Ausbreitung der AIDS-Viren zu verhindern.

Nur HIV-1 M passt sich bestens an

Prof. Dr. Frank Kirchhoff © Uniklinikum Ulm

Nur HIV-1 M gelang es nach der Übertragung vom Schimpansen auf den Menschen, sich optimal an den neuen Wirt anzupassen. Dies könnte ein wichtiger Grund dafür sein, warum nur eine von mehreren unabhängigen Übertragungen für den Großteil der AIDS-Pandemie verantwortlich ist. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung des Ulmer Virologen Frank Kirchhoff zeigte, dass lediglich die HIV-1 Gruppe M (major), welche weltweit für mehr als 90 Prozent aller Infektionen verantwortlich ist, ein voll funktionsfähiges Vpu-Protein im Menschen entwickelt hat.

Vpu(viral protein u)-Proteine der nichtpandemischen HIV-1 Gruppe O (outlier) und der sehr seltenen Gruppe N (non-M, non-O) sind entweder nicht in der Lage, einen antiviralen Faktor namens „Tetherin“ auszuschalten oder den Transport von CD4, dem primären Rezeptor der HI-Viren, zur Zelloberfläche zu verhindern.

Zum Schutz gegen retrovirale Infektionen produzieren menschliche Zellen sogenannte Restriktionsfaktoren, welche die wirkungsvolle Virusvermehrung blockieren. Einer dieser antiviralen Faktoren wurde 2008 von US-Forschern entdeckt und als „Tetherin“ bezeichnet, weil er neu produzierte Viruspartikel an der Zelloberfläche „festhält“ (englisch: to tether = festbinden) und dadurch deren weitere Ausbreitung verhindert.

Vpu ist doppelt wirksam

Vpu erhöht auf zweifache Weise die Effizienz der Virusfreisetzung. Es schaltet nicht nur Tetherin aus. Das HIV-1 M Vpu-Protein hält außerdem den primären Rezeptor der Immundefizienzviren, CD4, von der Zelloberfläche fern und verhindert damit, dass freigesetzte Viruspartikel direkt an die bereits infizierte Zelle zurückbinden.

Die Forscher untersuchten, ob auch die Vpu-Proteine von SIVcpz aus Schimpansen (dem direkten Vorläufer von HIV-1) diese Funktionen ausüben können. Zu ihrer Überraschung fanden sie, dass SIVcpz nicht Vpu, sondern ein anderes virales Eiweiß, das Nef-Protein benutzt, um Schimpansen-Tetherin auszuschalten.

Erzwungener Wechsel

Die Tetherin-Variante, die man im Menschen findet, ist allerdings resistent gegen Nef, weil ihr in dem Bereich, der sonst mit Nef interagiert, fünf Aminosäuren fehlen.
„Direkt nach der Übertragung von SIVcpz auf den Menschen war das Virus somit nicht in der Lage Tetherin auszuschalten“, erläutert Kirchhoff. „Da menschliches Tetherin gegen Nef resistent ist, war HIV-1 gezwungen zu Vpu zu wechseln, um diesen antiviralen Faktor zu eliminieren“.

Lediglich dem Haupterreger von AIDS, HIV-1 M, gelang dies perfekt. Die Vpu- und Nef-Proteine der nicht pandemischen HIV-1 Gruppe O sind nicht in der Lage, Tetherin zu antagonisieren. Die Vpu-Proteine der sehr seltenen Gruppe N Viren haben zwar während der Anpassung an den Menschen Anti-Tetherin-Aktivität erworben, jedoch dabei die Fähigkeit eingebüßt, den Transport des CD4 Rezeptors zur Zelloberfläche zu blockieren.

Literatur:
Sauter et al.: “Tetherin-driven adaptation of Nef and Vpu function and the evolution of pandemic and non-pandemic HIV-1 strains”, in: Cell Host & Microbe, Vol. 6, Iss. 5, 409-421, 19.11. 2009, doi:10.1016/j.chom.2009.10.004

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