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Etablierung einer Hepatitis Delta Virus Database (HDVdb; http://hdvdb.bio.wzw.tum.de/ )

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Eine Infektion mit dem Hepatitis Delta Virus (HDV) verursacht unter den hepatotropen Viren die schwersten klinischen Verläufe und kann frühzeitig in eine Leberzirrhose und in ein hepatozelluläres Karzinom übergehen. Zurzeit leiden weltweit circa 15-20 Millionen Patienten an einer chronischen Hepatitis D [1].
Das HDV ist ein kleines sphärisches Partikel von 35-37 nm Durchmesser. Die Virushülle des infektiösen Partikels besteht aus den drei Hüllproteinen (L, M, S) des Hepatitis B Virus. Das Genom des HDV besteht aus einer zirkulären einzelsträngigen RNA negativer Polarität und einer Länge von 1670 Nukleotiden. Die resultierende mRNA hat nur einen einzigen offenen Leserahmen (ORF), der zwei Isoformen des Hepatitis Delta Proteins kodiert: Das kleine S-HDAg bestehend aus 195 Aminosäuren und das große L-HDAg, das 214 Aminosäuren lang ist.. Seit der Entdeckung des HDV vor mehr als 40 Jahren durch Mario Rizzetto wurde angenommen, dass HDV nur beim Menschen in Kombination mit dem HBV als Helfervirus zur Generierung von kompletten infektiösen Virionen auftritt. In den letzten zwei Jahren wurde diese Ansicht durch die Entdeckung HDV-ähnlicher Sequenzen in einer Reihe von Wirbeltieren und Insekten in Frage gestellt [2-4]. Die Entdeckung von HDV-ähnlichen Agenzien in der Ente wurde durch analoge Sequenznachweise in Schlangen (Boa Constrictors) und Ratten (Proechimys semispinosus) ergänzt. Diese RNA Sequenzen stammen ebenfalls von zirkulären RNA-Genomen ab und besitzen nur einen ORF. Bisher ist nicht bekannt ob diese RNAs infektiöse Viren bilden können und ob diese eventuell mit Hüllproteinen von Helferviren generiert werden, die keine Verwandtschaft zu HBV haben.

Eine HDV Infektion bei Menschen ist bisher immer mit einer Infektion durch das HBV assoziiert, da HDV die Hüllproteine des HBV benötigt, um ein komplettes infektiöses Virion zu bilden. Befunde aus Zellkulturstudien zeigen aber, dass auch Hüllproteine anderer Viren, zum Beispiel vom Hepatitis C Virus, von HDV für die Bildung infektiöser Virionen genutzt werden können [5]. Solche HCV/HDV Virionen sind jedoch bei Patienten bisher noch nicht dokumentiert [6, 7].

Es gibt zwei Formen der HDV Infektion:
1. Eine Koinfektion mit HBV und HDV, die mit Ausnahme von Neugeborenen und Kleinkindern eine hohe Rate der Ausheilung, ähnlich wie eine HBV-Monoinfektion, aufzeigt. Diese Koinfektion kann durch eine erfolgreiche Impfung gegen HBV verhindert werden.
2. Eine Superinfektion von Personen, die bereits an einer persistierenden HBV Infektion erkrankt sind. Sie führt bei circa 80-90% der Patienten zu einer chronischen HDV Verlaufsform. Eine Impfung zur Prävention einer HDV Superinfektionen von chronischen HBV Trägern gibt es bis dato nicht.

Eine effiziente Therapie der chronischen Hepatitis D mit pegyliertem Interferon-alpha  führt nur in einem sehr geringen Prozentsatz zur Ausheilung [8]. Zurzeit ist nur eine Substanz - Bulevirtide (früher Myrcludex B, jetzt unter dem Namen Hepcludex in der EU verfügbar) - zur Therapie der chronischen HDV Infektion zugelassen. Hepcludex/bulevirtide ist ein myristoyliertes Lipopeptid, abgeleitet von der pre-S1 Domäne des L-proteins. Dieses vermittelt die Aufnahme von HDV in Hepatozyten durch den Rezeptor NTCP (Natrium Taurocholat Cotransporting Polypeptide), ein Gallensalztransporter in Hepatozyten.   Hepcludex/bulevirtide  blockiert die Virusaufnahme in die Zelle und reduziert damit die Neuinfektion von Zellen, während infizierte Zellen z. B. durch das Immunsystem eliminiert werden [9]. Eine weitere Substanz (REP 2139) - ein Nukleinsäurepolymer, welches den Export von reifen HDV Partikeln durch die Inhibition der Synthese von subviralen HBsAg Partikeln verhindert, befindet sich in klinischen Studien mit vielversprechenden Zwischenergebnissen [10].


Struktur der HDV Database
Die bisher identifizierten HDV RNA Isolate zeigen eine hohe Diversität des Genoms [11] und wurden in acht Genotypen (HDV-1 bis HDV-8), basierend auf der Nukleotid- und der Aminosäuresequenz des einzigen ORFs, klassifiziert. Darüber hinaus konnten bisher 5 Subgenotypen für HDV-1 und jeweils 2 Subgenotypen für HDV-2 und HDV-4 definiert werden [12]. Der Genotyp HDV-1 ist der geographisch am weitesten verbreitete, der in allen Regionen Europas, des Mittleren und Fernen Ostens, Amerikas und Afrikas angetroffen wird. Dagegen werden die anderen Genotypen (HDV-2 bis HDV-8) bestimmten geographischen und ethnischen Regionen zugeordnet. HDV-2 und HDV-4 werden im fernöstlichen Raum angetroffen. Genotyp HDV-3 wurde ausschließlich in einigen nördlichen Regionen Südamerikas (Brasilien, Peru, Kolumbien, Argentinien, Equador und Venezuela) nachgewiesen. Die Genotypen HDV-5 und HDV-8 wurden bisher nur in Afrika beobachtet. HDV-8 Isolate, die in Brasilien nachgewiesen wurden, gehen wahrscheinlich auf den Sklavenhandel im 17. und 18. Jahrhundert zurück.

Im Department für Bioinformatics, Wissenschaftszentrum Weihenstephan, Technische Universität München wurde, in Zusammenarbeit mit dem Institut für Virologie, Technische Universität, München, eine HDV Database (HDVdb) etabliert [13]. Ähnlich wie die schon bereits etablierten Datenbanken für HIV, HBV, und HCV [14-16] dient diese Datenbank dazu, neue HDV Isolate den bisher bekannten Genotypen oder Subgenotypen zuzuordnen. Die HDVdb kann vor allem auch für epidemiologische Zwecke und Nachverfolgung von Übertragungsketten verwendet werden. Für HBV, HIV und HCV sind in diesen Datenbanken auch Suchmasken etabliert, um Resistenzen gegen antivirale Substanzen zu identifizieren. Da es im Gegensatz zu diesen Viren bis vor kurzem keine antivirale Therapie gegen HDV gab, ist eine solche Suchmaske für HDV bisher (noch) nicht vorhanden.
Die HDVdb in München wird regelmäßig gewartet und mit neuen Daten ergänzt. Diese Database kann auch verwendet werden um eventuell neue HDV Genotypen oder Subgenotypen zu identifizieren. Darüber hinaus kann die Database eingesetzt werden, um HDV Isolate aus bestimmten Regionen mit einer hohen HDV Prävalenz, wie z. B. der Mongolei und Usbekistan, zu charakterisieren und in das vorhandene Nomenklatursystem einzuordnen.
Das HDVdb Webinterface verwendet einen Apache HTTP Server und läuft auf dem Laravel PHP Framework. Die Software für die automatische Annotation, Abfrage und Verwaltung der Database ist in Java und Bash implementiert. Der Arbeitsablauf der HDVdb ist schematisch in Abb. 1 gezeigt.



Abb 1 Schematische Darstellung der Erstellung und Arbeitsabläufe der HDVdb nach Usman, Z., et al. Viruses, 2020. 12(5)



Autoren:

Michael Roggendorf         Stoyan Velkov        Hadi Krimzadeh

Prof. Dr. Michael Roggendorf , Stoyan Velkov
Klinikum Rechts der Isar der TU München
Institut für Virologie ,
Email: michael.roggendorf@tum.de; stoyan.velkov@tum.de

Dr. rer. nat. Hadi Karimzadeh
Klinikum der Universität München
Medizinische Klinik und Poliklinik IV und
Abt. für Klinische Pharmakologie
Email: Hadi.Karimzadeh@med.uni-muenchen.de


Referenzen:

1.    Chen, H.Y., et al., Prevalence and burden of hepatitis D virus infection in the global population: a systematic review and meta-analysis. Gut, 2019. 68(3): p. 512-521.
2.    Hetzel, U., et al., Identification of a Novel Deltavirus in Boa Constrictors. mBio, 2019. 10(2).
3.    Paraskevopoulou, S., et al., Mammalian deltavirus without hepadnavirus coinfection in the neotropical rodent Proechimys semispinosus. Proc Natl Acad Sci U S A, 2020. 117(30): p. 17977-17983.
4.    Wille, M., et al., A Divergent Hepatitis D-Like Agent in Birds. Viruses, 2018. 10(12): p. 720.
5.    Perez-Vargas, J., et al., Enveloped viruses distinct from HBV induce dissemination of hepatitis D virus in vivo. Nat Commun, 2019. 10(1): p. 2098.
6.    Cappy, P., et al., No Evidence of HCV-Assisted HDV Propagation in a Large Cohort of Hepatitis C Positive Blood Donors. J Infect Dis, 2020.
7.    Pflüger, L.S., et al., Hepatitis delta virus propagation enabled by hepatitis C virus—Scientifically intriguing, but is it relevant to clinical practice? Journal of Viral Hepatitis. n/a(n/a).
8.    Caviglia, G.P. and M. Rizzetto, Treatment of hepatitis D: an unmet medical need. Clin Microbiol Infect, 2020. 26(7): p. 824-827.
9.    Maravelia, P., et al., Blocking entry of hepatitis B and D viruses to hepatocytes as a novel immunotherapy for treating chronic infections. J Infect Dis, 2020.
10.    Bazinet, M., et al., Safety and efficacy of REP 2139 and pegylated interferon alfa-2a for treatment-naive patients with chronic hepatitis B virus and hepatitis D virus co-infection (REP 301 and REP 301-LTF): a non-randomised, open-label, phase 2 trial. Lancet Gastroenterol Hepatol, 2017. 2(12): p. 877-889.
11.    Huang, C.R. and S.J. Lo, Evolution and diversity of the human hepatitis d virus genome. Adv Bioinformatics, 2010. 2010: p. 323654.
12.    Karimzadeh, H., et al., Genetic diversity of hepatitis D virus genotype-1 in Europe allows classification into subtypes. J Viral Hepat, 2019. 26(7): p. 900-910.
13.    Usman, Z., et al., HDVdb: A Comprehensive Hepatitis D Virus Database. Viruses, 2020. 12(5).
14.    Kuiken, C., B. Korber, and R.W. Shafer, HIV sequence databases. AIDS Rev, 2003. 5(1): p. 52-61.
15.    Hayer, J., et al., HBVdb: a knowledge database for Hepatitis B Virus. Nucleic Acids Res, 2013. 41(Database issue): p. D566-70.
16.    Kuiken, C., et al., The Los Alamos hepatitis C sequence database. Bioinformatics, 2005. 21(3): p. 379-84.