HIV-C entflieht Restriktion, nicht Sensing in DCs

Das Komplementsystem stellt einen Teil des löslichen Arms der angeborenen Immunität dar somit ist das Komplement eine erste Verteidigungslinie gegen Krankheitserreger. Wenn HIV-1 in den Körper eindringt, binden Komplementfragmente spontan an das Virus, das eine Komplement-Bindedomäne in der Hülle besitzt. Da das Virus sehr gut gegen die Attacken des Komplementsystems geschützt ist, wird es von dieser aggressiven ersten Immunabwehr nicht sofort zerstört, sondern liegt ummantelt von fix gebundenen Komplementfragmenten im Körper vor. Diese Ummantelung deckt die eigentlichen Bindedomänen von HIV-1 ab und ermöglicht beim Eintritt des Virus Wechselwirkungen mit Komplementrezeptoren (CR) auf Wirtszellen wie Dendritischen Zellen (DCs) und M akrophagen. Ähnlich HIV-2, führt der Kontakt von DCs mit komplement-bedecktem HIV-1 zu einer erhöhten Infektion im Gegensatz zu nacktem HIV-1. Diese verstärkte DC Infektion ist mit einer höheren antiviralen Antwort und besseren adaptiven Immunantworten assoziiert. HIV-2, welches durch das Immunsystem gut kontrolliert wird und weniger aggressiv als HIV-1 ist, weist ebenfalls eine höhere Infektion dendritischer Zellen auf und zwar durch das Vorhandensein des viralen Proteins X (Vpx). Vpx ist ein Bestandteil von HIV-2, der zu einem Abbau des Restriktionsfaktors SAM HD1 in DCs führt und so die Infektion dieser Zellen vermittelt. Die erhöhte DC Infektion ist weiters mit einer stärkeren antiviralen Antwor t assoziiert, ähnlich bei komplement-ummanteltem HIV-1, welches jedoch kein Vpx besitzt. In Projekt CHANGeS untersuchen wir intrazelluläre Signalwege in DCs, die gleichermaßen von komplement- bedecktem HIV-1 und HIV-2 angesteuert werden, um so neue Therapieoptionen zu finden. Durch den Vergleich von komplement-ummanteltem HIV-1 mit HIV-2 werden wir M oleküle in Zellen charakterisieren, die einen antiviralen Status und Aktivierung der angeborenen und adaptiven Immunantwort in DCs initiieren. Diese Komponenten sollen das Virus sichtbarer für zelluläre M ustererkennungsrezeptoren machen. Im Detail werden wir i) Signalwege, die von komplement-umhülltem HIV-1 und HIV-2 genutzt werden, enthüllen, ii) die Rolle akzessorischer Proteine bezüglich Infektiösität und Wahrnehmung des Virus bei komplement-ummantelten HIV-1 charakterisieren, und iii) neue Ziele finden, um die angeborene und adaptive anti-HIV-1-Immunität zu stärken. Detailliertes Verständnis der intrazellulären Vorgänge in DCs, die zu einer verbesserten Immunabwehr gegen HIV-1 führen, wird zur Entwicklung neuer Strategien beitragen, um das Virus aus dem Körper zu beseitigen oder um prophylaktisch gegen das Virus zu wirken.

Im vom FWF geförderten Projekt P33510, geleitet von Univ.-Prof. Doris Wilflingseder am Institut für Hygiene und Medizinische Mikrobiologie, stand die Frage im Fokus, wie unser angeborenes Immunsystem an der Schleimhautoberfläche unmittelbar nach Erstkontakt mit Viren reagiert - insbesondere im Zusammenspiel zwischen dem Komplementsystem und dendritischen Zellen. Aufbauend auf früheren Arbeiten der Projektleiterin wurde in diesem Projekt erstmals gezeigt, wie komplement-opsonisiertes HIV-1 über den CCR5/RIG-I/MDA5/MAVS-Signalweg eine starke antivirale Immunantwort in dendritischen Zellen aktiviert. Besonders wegweisend war die Entdeckung, dass der Komplementrezeptor CR4 (CD11c) dabei eine Schlüsselrolle spielt und als neues Ziel für therapeutische Interventionen gegen HIV in Frage kommt. Ergänzend zeigte eine weitere Studie, dass das Virus Tunneling nanotubes (TNTs) nutzt, um sich zwischen Zellen zu verbreiten - dieser Mechanismus kann durch Hemmung von Komplementrezeptoren und Anaphylatoxin-Signalen effektiv unterbunden werden, was neue Ansatzpunkte zur Prävention der Virusausbreitung bietet. Mit dem weltweiten Ausbruch von COVID-19 wurde das Team gezwungen, den Fokus rasch auf SARS-CoV-2 zu verlagern. Dank einer außergewöhnlich schnellen und produktiven Zusammenarbeit mit der klinischen Infektiologie konnten bereits im April 2020 die ersten Patientenproben im Hochsicherheitslabor verarbeitet und zur Infektion eines hochdifferenzierten, realitätsnahen 3D-Modells des menschlichen Atemwegsepithels genutzt werden. Die Ergebnisse waren ebenso beeindruckend wie besorgniserregend: SARS-CoV-2 löste in den Gewebemodellen eine massive Hypersekretion von Schleim, eine übersteigerte Aktivierung des Komplementsystems und eine Zerstörung der epithelialen Barriere aus. Die Arbeiten zeigten erstmals, dass durch gezielte Blockade der dem Komplementsystem zugehörigen Anaphylatoxinrezeptoren C3a- und C5a-Rezeptor eine signifikante Reduktion von Entzündungsprozessen und Gewebeschäden möglich ist, und bildet somit wieder eine Brücke zu vorangehenden Arbeiten mit HIV-1. Praxisrelevant war zudem die Untersuchung eines bereits zugelassenen medizinischen Mundsprays und weiters pflanzlich basierter Sprays und Lutschtabletten: Durch eine einfache Applikation vor SARS-CoV-2 Infektion konnte der bereits zugelassene Spray und die pflanzlichen Sprays die Bindung und Aufnahme des Virus komplett verhindern, intrazelluläre Komplementaktivierung blockieren und die Integrität der Atemwegsschleimhaut erhalten. Auch die Lutschtabletten, aufgelöst in Speichelflüssigkeit, wirkten antiviral. Diese Ergebnisse unterstreichen eindrucksvoll, wie im Fall des zugelassenen Sprays bestehende, sichere Produkte - wissenschaftlich fundiert getestet - als effektive Barriere gegen virale Infektionen eingesetzt werden können. Insgesamt zeigt dieses Projekt, wie exzellente Grundlagenforschung, interdisziplinäre Kooperation und hochmoderne Modelle dazu beitragen können, neue Erkenntnisse über virale Infektionen zu gewinnen - und gleichzeitig greifbare, rasche Lösungen für aktuelle Gesundheitskrisen zu entwickeln.