Viren, Retroviren und endogene Retroviren
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Viren, Retroviren und endogene Retroviren Biochemie Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik TabakmosaicVirus Bakteriophage T4 Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 1 Arten von Viren I DNA-Viren: Doppelsträngige DNA Viren: Herpes/Adeno-Viren Einzelsträngige DNA Viren: Parvoviren Retroviren: Reverse Transkriptase (RNA-abhängige DNAPolymerase) Bakteriophagen: Viren, welche Bakterien befallen. Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Arten von Viren II RNA-Viren: Einzelstrang RNA-Viren: +Strang-RNA-Viren: RNA entspricht der mRNA, direkte Translation möglich. RNA abhängige RNAPolymerase-Gen. -Strang-RNA-Viren: RNA entspricht nicht der mRNA, keine direkte Translation möglich. RNA abhängige RNAPolymerase-Enzym muß vom Virus mitgebracht werden. Doppelstrang RNA Viren: Teilweise konservative Replikation. Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 2 Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Membranfusion beim Eindringen eines Viruspartikels in eine Zelle Influenza-Virus Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 3 HIV-Virus Anheften des Partikels über gp120 an CD4 Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik HIV Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 4 HIV II Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik ACV – Herpes simplex O N HO N NH N NH2 O Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 5 Retrovirus-Partikel (HIV) tRNA Primer Lipidhülle RNA Genom Matrix, MA, gag Capsid, CA, gag Integrase, IN, pol Nucleocapsid, NC, gag Reverse Transkriptase, RT, RNaseH, pol Protease, PR, pro Transmembranes Protein, TM, env Surface GlykoProtein, SU, env Ch. Magin Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik HIV Genom Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 6 HIV Genom II Biochemie Medizinische Informatik Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie D) Exogenous Retroviruses A) Pseudogenes (A) n )n (A (A )n (A)n genomic RNA budding (A) n )n (A proteins (gag, env) cDNA integration pseudogene translation infection mRNA transcription REVERSE LTR TRANSCRIPTION provirus cDNA LTR LTR LTR genomic RNA (A )n particle formation proteins (gag) REVERSE TRANSCRIPTION re-integration re-integration n LTR cDNA particle formation (budding) mRNA translation (A) n LTR retrotransposon transcription (A) LTR no re-infection LTR (A)n endogenous REVERSE retrovirus TRANSCRIPTION translation spliced mRNA splicing LTR transcription (A)n proteins (gag, env) (A)n transcription integration mRNA (unspliced, spliced) cellular gene LTR cDNA (A)n (A )n (A)n REVERSE TRANSCRIPTION (A)n (unspliced, spliced) n ) (A n (A) C) Endogenous B) Retrotransposons genomic RNA für Medizinisch/Pharmazeutische Universität Wien Department Retroviruses Chemie Biochemie Medizinische Informatik 7 DNA Viren Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Prionen Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 8 Mutationen, Gendefekte und ihre Folgen Biochemie Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Mögliche Folgen .... Maus mit Gendefekt für die Leptin Produktionen Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 9 Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Die Entstehung von Krebszellen.. Entstehung von entarteten Zellen durch definierte, genetische Elemente: 1.Telomerase einschalten 2.Tumorsuppressorprotein Rb: ausschalten (Retinoblastom Protein) 3.Tumorsuppressorprotein p53: ausschalten 4.Signalproteine: mutieren Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 10 Die Wirkung des p53 Proteins Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Die Entstehung von Oncogenen I Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 11 Die Entstehung von Oncogenen II Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Die Entstehung von Oncogenen III Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 12 Die Entstehung von Oncogenen IV Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Die Wirkung von Oncogenen Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 13 Verlauf der Krebsentstehung bei dem Colorectalkarzinom Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Caspasen aktivieren die Apoptose Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 14 Regulation der Proteinkonzentration Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Larvenentwicklung Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 15 Larvenentwicklung – Auswirkung einer Mutation Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 16 DNA-Transposons Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 17 Gentherapie Pharmazeutische Biochemie Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Definitionen Somatische Gentherapie: „... ist das Einbringen therapeutischer Gene in humane somatische Zellen zur Korrektur von Krankheiten...“ Keimbahntherapie: „.... ist eine Änderung der Erbinformation von Zellen (Reproduktion), mit dem Ziel der Vererbung...“ Stammzelltherapie: „.... die Verwendung von multipotenten, pluripotenten oder totipotenten Stammzellen zur Therapie...“ Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 18 Einschub: Stammzellen Multipotent: Multipotente Stammzellen sind Bestandteil jedes (auch erwachsenen) Organsimus, z. B. Blutstammzellen des Rückenmarkes (hämatopoetische Stammzellen) Pluripotent: Zellen der inneren Zellmasse der Blastozyste (ca. 4 Tage nach Befruchtung), können nicht mehr zu z. B. Plazentagewebe werden. Totipotent: Befruchtete Eizelle, bzw. die Zellen der ersten Zellteilungen. Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Gentherapie Anwendungen Metabolische Erkrankungen: Expression von Proteinen und / oder Peptiden in den jeweiligen Zielzellen. Krebs: Einführung von Tumorsuppressor Genen (p53), Aktivierung von metabolischen Enzymen, Induktion von Apoptose, etc. Weitere Anwendungen: ZNS, entzündliche Erkrankungen, genetische Erkrankungen. Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 19 Gentherapie Anwendungen II ex-vivo (in-vitro): 1) Entnahme von Zellen (Gewebe) 2) Kultivierung 3) Einbringen des Genes 4) Implantation der modifizierten Zellen in-vivo: Applikation durch: virale Vektoren: Retroviren, Adenoviren nicht-virale Vektoren: nackt DNA Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Erfolge 1990: Erste Gentherapie, bei Immundefekt (vier jähriges Mädchen mit Adenosin-Desaminase-Mangel) ex-vivo Behandlung von Knochenmarkszellen Verwendung eines modifizierten Retroviruses Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 20 in-vivo Therapie Probleme: Gentransfer: Inaktivierung bzw. erschwerte Diffusion Genexpression: Verlust des Genes, Verlust der transfizierten Zellen, Genausschaltung Unspezifische Reaktionen Integration in das Zielgenom ist ungerichtet Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Nutzung von Retroviren Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 21 Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 22 Weitere Probleme... 1999: Erster Todesfall, nach in-vivo Behandlung mit einem Adenovirus Ornithin Transcarbamoylase Krebstherapie: Versuch der Steuerung, Targetoptimierung ist noch nicht optimal Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik Beispiele I Zielgerichteter Transport von TNF α DNA-Targeting Zur Vermeidung von Nebenwirkungen, Verwendung von Polymeren, zur Zielsteuerung Verwendung von Transferrin. Im Tierversuch deutlich geringere Nebenwirkungen und deutliche Wirkung. R. Kircheis / E. Wagner (Cancer Gene Ther. 2002) Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 23 Klinische Studien Quelle: The Journal of Gene Medicine 63 % aller Studien zur Wirksamkeit wurden an Krebspatienten durchgeführt. 12, 5 % an monogenetischen Erkrankungen, d. h. nur ein, genau bekannter und definierter Gendefekt ist für die Erkrankung verantwortlich. Bisher (Stand Anfang 2003): Über 400 klinische Studien, mehr als 4000 Patienten Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmazeutische Chemie Biochemie Medizinische Informatik 24
