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Amyloidogene Peptide aus menschlichem Sperma verstärken die HIV Infektion |
Frank Kirchhoff und Jan Münch
Obwohl weltweit die Mehrzahl aller HIV Infektionen durch die Übertragung von Virus-infiziertem Sperma beim ungeschützten Geschlechsverkehr erfolgt, war bisher wenig darüber bekannt, wie Samen die HIV Infektion beeinflusst. Jetzt konnten aus Samenflüssigkeit amyloidogene Peptide isoliert werden, welche die virale Ínfektiosität drastisch verstärken und eine wichtige Rolle bei der sexuellen Übertragung von HIV/AIDS spielen könnten.
In Deutschland lebten Ende 2007 ca. 59.000 und weltweit etwa 33,2 Millionen Menschen mit einer HIV-1 Infektion oder einer AIDS Erkrankung [2]. Die Ansteckung kann über kontaminiertes Blut, Sperma, Scheidensekret oder Muttermilch erfolgen. Der Hauptübertragungsweg weltweit ist ungeschützter Geschlechtsverkehr mit HIV infizierten Partnern. In Deutschland ist die sexuelle Übertragung besonders wichtig, da andere Infektionsrisiken (z. B. Blutkonserven, Übertragungen bei der Geburt) durch gezielte Maßnahmen minimiert werden konnten. Trotz der großen Bedeutung von Samen für die sexuelle Übertragung von HIV-1 war bisher wenig darüber bekannt, welchen Einfluss er auf die virale Infektiosität oder Transmission hat.
PAP Fibrillen
In einer Kooperation von Virologen aus Ulm und Peptidforschern aus Hannover wurden Peptidbanken aus Sperma hergestellt und systematisch auf Faktoren untersucht, die die Virusinfektion beeinflussen. Eine "Peptid-Bibliothek" besteht aus ca. 300 Fraktionen, die mehrere tausend Peptide und Proteine aus Sperma in konzentrierter Form enthalten [3]. Zur Identifizierung von Faktoren, welche die HIV Infektion beeinflussen, wurden einzelne Fraktionen zu Zellen gegeben und diese anschließend mit HIV-1 infiziert. Unerwarteterweise blockierte keine der Fraktionen die HIV-1 Vermehrung. Im Gegenteil, einige verstärkten deutlich die Infektionsrate. Weitere Aufreinigungen und anschließende Sequenzanalysen zeigten, dass diese Fraktionen Peptidfragmente der sauren Prostata Phosphatase (PAP) enthielten, die in großen Mengen im Sperma vorkommt [3]. Um zu verifizieren, dass die identifizierten PAP Fragmente die HIV Infektion fördern, wurde die häufigste Form synthetisch hergestellt und analysiert. Überraschenderweise hatte das frisch gelöste Peptid keinerlei verstärkenden Einfluss auf die HIV Infektion. Allerdings bildeten sich nach kurzer Lagerung unlösliche Strukturen aus, die zu einer Eintrübung der zuvor klaren Peptidlösung führten und die HIV Infektion effektiv verstärkten (Abb. 1). Elektronenmikroskopische Aufnahmen und Röntgendiffraktion zeigten, dass es sich bei diesen Strukturen um amlyoide Fibrillen handelt (Abb. 2). Zusammenfassend wurden die aus Samen isolierten, Fibrillen-bildenden PAP Fragmente als Semen derived Enhancer of Virus Infection, oder kurz SEVI bezeichnet [3].
(Abb. 1)
SEVI verstärkt die Infektion aller HIV-1 Varianten
Untersuchungen in verschiedenen Zellkultur- und Gewebemodellen (z. B. T-Zellen, Makrophagen, Lymphgeweben und Cervix-Zellen) zeigten, dass SEVI die Infektion aller HIV-1 Varianten und Subtypen unabhängig von der verwendeten Zielzelle verstärkt [3, und nicht publizierte Daten]. Darüber hinaus konnte von Oliver Keppler aus Heidelberg gezeigt werden, dass SEVI auch die HIV Infektion von transgenen Ratten verstärkt, die humanes CD4 und CCR5 exprimieren. Virus-Endpunkt-Verdünnungsanalysen belegten, dass SEVI die Infektiosität von HIV um das bis zu 100.000-fache steigern kann [3]. Die stärksten Effekte hatte SEVI in etwa bei den Konzentrationen (10-50 µg/ml), die aus dem Sperma isoliert werden konnten.
(Abb. 2)
SEVI vermittelt die Bindung von HIV an die Zielzelle
Funktionelle Untersuchungen zeigten, dass SEVI Fibrillen HIV-Partikel mit hoher Effizienz binden und deren Anheftung an die Zielzellen vermitteln (Abb. 3). Über welche molekularen Mechanismen SEVI mit HIV-1 einerseits und mit den Zellen andererseits interagiert, ist derzeit noch ungeklärt. Vermutlich spielen elektrostatische Interaktionen eine entscheidende Rolle.
(Abb. 3)
Samen verstärkt ebenfalls die HIV Infektion
Untersuchungen zum Einfluss von Samen auf die HIV Infektion sind aufgrund seiner zellschädigenden Eigenschaften schwierig. Deshalb wurde Samen zunächst mit HIV Partikeln gemischt und anschließend geringe Mengen dieser Lösungen zu Zielzellen gegeben. Unter diesen Bedingungen, die der Verdünnung von HIV-infiziertem Sperma durch Vaginalflüssigkeit beim Geschlechtsverkehr ähneln, konnte gezeigt werden, dass auch Samen selbst die HIV Infektion drastisch verstärkt. Allerdings konnten im Samen keine klassischen SEVI Fibrillen nachgewiesen werden. Aktuelle Ergebnisse deuten darauf hin, das sich im Sperma kleinere Filamente oder Protofibrillen bilden, die die Infektion steigern. Die Steigerungseffekte waren am stärksten, wenn sehr wenig Virus eingesetzt wurde, was den Bedingungen während der sexuellen Übertragung von HIV entspricht.
Mögliche Bedeutung für die HIV Übertragung
Die Wahrscheinlichkeit der sexuellen Übertragung von HIV liegt pro Risikokontakt je nach Sexual-Praktik, der Virusmenge im Sperma und dem Vorliegen von anderen Geschlechtskrankheiten, die die schützende Schleimhaut schädigen, bei 0,01 - 10 %. Samen und SEVI ermöglichen eine Infektion mit Virusdosen, die sonst subinfektiös sind und könnten somit die Transmissionsrate wesentlich beeinflussen. Eine mögliche Barriere bei der sexuellen Übertragung von HIV ist der saure pH Wert der Vagina, durch den Viren inaktiviert werden. Allerdings ist SEVI auch bei sauren pH Werten aktiv. Die Entdeckung von SEVI könnte das Verständnis der sexuellen Übertragung von HIV wesentlich verbessern und neue Ansätze zu dessen Verhinderung liefern. Derzeit arbeiten wir in Kooperation mit Warner Greene vom Gladstone Institut in San Francisco daran, die Bildung oder verstärkende Aktivität der Fibrillen zu blockieren.
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Legenden:
Abb. 1.
SEVI verstärkt die HIV-1 Infektion. UV-mikroskopische Aufnahmen HIV-1 infizierter CEMx Zellen. Nach Infektion mit HIV-1 exprimieren CEMx Zellen ein unter UV Bestrahlung Grün-fluoreszierendes-Protein.
Abb. 2.
Elektronenmikroskopische Aufnahme von PAP248-286 Fibrillen.
Abb. 3.
SEVI bindet HIV und interagiert mit Zellen. Zellen sind blau, SEVI Fibrillen weiß und HIV-1 Partikel rot eingefärbt. Fast alle Viruspartikel sind mit SEVI assoziiert. Zur Verfügung gestellt von Walther Mothes, Joseph Luna and Pradeep Uchil (Yale, New Haven, USA).
Korrespondenzaddresse:
Prof. Dr. Frank Kirchhoff und Prof. Dr. Jan Münch
Institut für Virologie
Universitätsklinikum Ulm
Albert-Einstein-Allee 11
89081 Ulm
Tel.: 0731-500-65127 oder -65109
Fax.: 0731-500-65131
frank.kirchhoff@uniklinik-ulm.de
jan.muench@uniklinik-ulm.de
Literatur:
[1] www.unaids.org/en/KnowledgeCentre/HIVData/EpiUpdate/EpiUpdArchive/2007/
[2] www.rki.de/cln_048/nn_195960/DE/Content/InfAZ/H/HIVAIDS/Veroeffentlichungen/EpiBull/EpiBull__node.html
[3] Münch, J. et al. (2007): Semen-derived amyloid fibrils drastically enhance HIV infection. Cell 131: 1059-71.
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