Rolle des Komplementsystems in der HIV-Infektion der DZ

Das Ziel dieses Projektes ist es, die Rolle des Komplementsystems im Verlauf der HIV-Pathogenese weiter zu erforschen. Seit mehr als einer Dekade beschäftigt sich die Forschungsabteilung des Instituts für Hygiene und Sozialmedizin in Innsbruck mit der Frage, wie Komplement mit dem HI-Virus interagiert und welche Konsequenzen dies auf die HIV-Pathogenese hat. Mit finanzieller Unterstützung durch das Österreichische Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Kultur (BMBWK) ist in den letzten Jahren eine Kooperation zwischen den Kollegen aus Ungarn und aus der Slowakei entstanden. Wir möchten diese fruchtbare Forschungsbemühungen weiter ausbauen und dabei die Rolle des Komplementsystems in den frühesten Phasen der HIV-Infektion, besonders bei Virusübertragung und Verbreitung über die dendritischen Zellen (DZ), weiter aufklären. Um diese Zielsetzung zu erreichen, planen wir die folgenden fünf spezifischen Fragen zu beantworten: Erstens beabsichtigen wir, die Beteiligung von Komplementrezeptoren und deren Liganden an der Bindung von HIV-Immunkomplexe an DZ zu untersuchen. Dafür wird HI-Virus mit Immunoglobulinen und Komplementfragmenten opsonisiert mit dem Ziel, die verschiedensten Opsoninmuster auf der Oberfläche von Virionen zu erhalten. Danach werden die Beiträge bestimmter Komplementrezeptoren auf die Bindung von HIV auf der DZ-Oberfläche ermittelt. Zweitens werden die Effekte von Virusopsonisierung auf die HIV-Infektion in DZ studiert. Dieser Teil des Projektes sollte die Unterschiede zwischen einer HIV-Infektion der DZ mit opsonisierten und nicht-opsonsierten Viruspartikeln aufklären. Drittens soll geklärt werden, ob die Komplementrezeptoren eine Rolle bei der Virusübertragung von DZ auf die CD4+ Zielzellen spielen. Zu diesem Zweck werden DZ mit HIV-Immunkomplexen beladen und weiter in Anwesenheit den CD4+ Zellen inkubiert. Zusätzlich wird HIV-Übertragung von DZ auf die tonsillären Zellen studiert. Viertens wird die Freisetzung von proinflammatorischen Zytokinen aus DZ in Anwesenheit von monoklonalen Antikörper, die gegen Komplementrezeptoren gerichtet sind, gemessen und die erhaltenen Daten werden abschließend mit HIV-Infektionsexperimenten korreliert. Da die mukosale Entzündung mit einer erhöhten Freisetzung von Komplement-Anaphylatoxinen verbunden ist und wir zeigen konnten, dass C5a die HIV- Replikation in Monozyten/Makrophagen anregt, planen wir als letztes Ziel den Einfluss der Anaphylatoxine auf die HIV-Infektion in DZ zu erforschen.

Als Hauptursache für HIV-Erstinfektionen gilt der mukosale Übertragungsweg. Dabei wird angenommen, daß auf der mucosalen Oberfläche dendritische Zellen (DC) zuerst durch HIV infiziert werden. Da DC unterschiedliche Komplementrezeptoren exprimieren (z. B. CR3 und CR4), wurde diesbezüglich die Rolle des Komplement in der Frühphase einer HIV-Infektion untersucht, insbesondere der Vorgang der Virusübertragung und die Ausbreitung mit Hilfe von DC. In unserer Untersuchung konnten wir durch die HIV-induzierte Komplementaktivierung eine beträchtliche Anreicherung des Komplementanaphylatoxins C5a nachweisen. Durch HIV generiertes C5a induziert in Anwesenheit von normalem humanem Serum (NHS) die Migration von DC, nachgewiesen in trans-well Experimenten über den C5a-Rezeptor, der ebenfalls von DC exprimiert wird. Dabei wird C5a als Grund für die Migration unreifer DC zur viralen Eintrittsstelle zu Beginn und während der frühen Pathogenese einer HIV- Infektion angesehen. Andererseits führt die Komplementaktivierung durch HIV zur Anlagerung von C3- Fragmenten auf der viralen Oberfläche. Die Opsonisierung von HIV könnte die DC-SIGN-abhängige Interaktion zwischen HIV und DC beeinflussen. Diese Schicht an Komplementproteinen auf HIV beeinträchtigte den Zugang zu bestimmten viralen Epitopen. Die Bindung nicht-opsonisierten HIVs wurde durch Mannan gehemmt, das sowohl die Interaktion zwischen HIV und DC-SIGN, als auch zwischen HIV und anderen C-Typ Lektinen blockiert. Mit Komplement opsonisiertes HIV hingegen interagiert hauptsächlich mit DC über Komplementrezeptoren. Weiterhin haben wir im Vergleich zu nicht-opsonisiertem Virus einen 2-3 fache Verstärkung der Infektion von DC durch opsonisiertes HIV nachgewiesen. In gleicher Weise zu den Bindungsexperimenten war Mannan in der Lage, eine Infektion von DC durch nicht-opsoniertes HIV abzuwenden, wohingegen Mannan keine Wirkung auf DC durch nicht-opsonisiertes HIV zeigte. Diese Versuche deuten darauf hin, daß sowohl nicht-opsonisiertes, als auch Komplement-opsonisiertes HIV mit dendritischen Zellen interagieren kann und sowohl die Bindung, als auch die Infektion durch verschiedene Rezeptoren vermittelt wird. Des weiteren wurde die DC-vermittelte Übertragung von HIV und C-HIV auf autologe primäre T-Zellen mittels Co-Kulture-Experimenten untersucht. Gemäß vorangegangenen Ergebnissen fanden wir heraus, daß die DC-vermittelte Übertragung von nicht-opsonisierten HIV auf T-Zellen über C-Typ-Lektine vermittelt wird. Die Infektion der DC-T-Zell-Mischkulturen mit nicht- opsonisiertem Virus wurde durch Mannan signifikant verringert. Im Gegensatz zu nicht-opsonisiertem HIV wurde die Übertragung Komplement-opsonisiertem HIV von DC auf T-Zellen von Mannan nicht beeinflusst. Zusammenfassend weisen unsere Ergebnisse darauf hin, daß die Komplementaktivierung durch HIV die DC- Infizierung und DC-vermittelte Ausbreitung von HIV in vivo auslösen.