The immune system Immune response towards viral infection Th1/Th2 class regulation Effects of HIV infection on the immune system Immune reconstitution under HAART (MIKADO study)

Specific antiviral immune response Virus TCR T cell receptor APC APC Antigen-presenting cell Class II MHC MHC Major histocompatibility antigen APC Viral epitope

Specific antiviral immune response Virus TCR T cell receptor APC APC Antigen-presenting cell Class II MHC MHC Major histocompatibility antigen APC CD4 Viral epitope Helper T cell CD8 Naive Cytotoxic T cell TCR

Specific antiviral immune response Virus TCR T cell receptor APC APC Antigen-presenting cell Class II MHC MHC Major histocompatibility antigen APC CD4 Viral epitope Helper T cell CD8 Naive Cytotoxic T cell TCR Activation Activated Helper T cell Activation CD4 B cell Proliferation Differentiation Memory B cell Plasma cell Memory CD4 cell Antibody

Specific antiviral immune response Virus TCR T cell receptor APC APC Antigen-presenting cell Class II MHC MHC Major histocompatibility antigen APC CD4 Viral epitope Helper T cell CD8 Naive Cytotoxic T cell TCR Activation Activation Activated Helper T cell Activation Help Viral epitope TCR Effector Cytotoxic T cell CD4 B cell Cell death Class I MHC Proliferation Differentiation Memory B cell Plasma cell Memory CD4 cell Memory CD8 cell Antibody

Activated Helper T cell Cell-surface markers MHC II APC MHCII CD4 CD45RA CD62Lhi APC Helper T cell Naive Cytotoxic T cell CD38- DR- CD45RA+ CD27+ CD28+ Activated Helper T cell CD4 CD45RO CD62Llo CD38+ DR+ CD45RA+ CD27- CD28- Cytotoxic T cell B cell CD38- DR- CD45RA- CD27+ CD28+ CD45RO Memory Tc cell Memory Th cell Plasma cell CD4 CD45RO CD62Llo Memory B cell

Helper T cell subpopulations Th0 IFN-g IL-4 Th1 IL-12 Th2 IL-2 IFN-g IL-4 IL-5 IL-10 Delayed-type hypersensitivity Activates B cells

HIV: Knospung aus infizierter T-Zelle HIV: Knospung aus infizierter Zelle Elektronenmikroskopische Aufnahme. Eine entsprechende Aufnahme, die die Wirkung von Proteasehemmern auf die Virusmorphologie darstellt, ist im Modul “Saquinavir” abgelegt. Um die Datenleitung nicht übermäßig zu strapazieren, haben wir hier eine Grobdarstellung abgelegt. Dieses Dia können Sie jedoch hochaufgelöst direkt bei uns in Grenzach bestellen. Bitte benutzen Sie dafür den Button “Bestellung” auf der Homepage. CEM III B cells 24 hr freundlicherweise bereitgestellt von Dr. David Hockley and Dr. Chris Grief, MRC Collaborative Centre

HIV: Virusreifung im Elektronenmikroskop Unreifes Virus reifes Virus HIV: Virusreifung im Elektronenmikroskop: Dargestellt ist das Ausknospen von Viren aus einer infizierten Zelle. Charakteristisch für unreife Viren ist eine verdichtete Randstruktur. Im Lauf der Virusreifung zeigt sich dann das Kapsid als elektronendichte Struktur im Zentrum des Viruspartikels. Um die Datenleitung nicht übermäßig zu strapazieren, haben wir hier eine Grobdarstellung abgelegt. Dieses Dia können Sie jedoch hochaufgelöst direkt bei uns in Grenzach bestellen. Bitte benutzen Sie dafür den Button “Bestellung” auf der Homepage.

Struktur des HIV z gp120 gp41 Virushülle (Lipiddoppelschicht) p24 Reverse Transkriptase tRNA Viruscore virale RNA p9 Protease Integrase Zelluläres Protein p17 z Struktur des HIV: Schematisierter Aufbau des HI-Virus. Das HIV ist ein Retrovirus und gehört zur Familie der Lentiviren. Das Viruspartikel hat einen Durchmesser von einem 10.000stel Millimeter. Seine Hülle besteht aus einer Lipiddoppelschicht; die Virusproteine gp41 und gp120 sind Bestandteile dieser äußeren Virusstruktur. Im Inneren dieser Lipidmembran befindet sich das Viruskapsid, eine aus dem Virusprotein p24 gebildete Struktur, die die Erbinformation des Virus (2 Stränge einzelsträngiger RNA) sowie die für die Virusvermehrung benötigten Enzyme - die Reverse Transkriptase, die Integrase und die Protease - umgibt.

Lebenszyklus von HIV T-Zelle HIV-Protease (PI) Reverse Transkriptase (RT) Ribosomen Der Vermehrungszyklus von HIV Der Vermehrungszyklus des HIV beginnt mit dem Eintritt des Virus in die Wirtszelle (z.B. T-Helferzelle). Das Virus gelangt rezeptor-vermittelt in die Zielzelle. Hier wird die Virus-RNA freigesetzt. Für die sich anschließende Virusvermehrung sind drei virale Enzyme essentiell: Die Reverse Transkriptase übersetzt die freigesetzte Virus-RNA in doppelsträngige DNA. Dieses Enzym ist der Angriffspunkt einer antiviralen Therapie mit Nukleosidanaloga und nicht-nukleosidalen Reverse-Transkriptase-Inhibitoren. Die Integrase fügt die Virus-DNA in das Wirtsgenom ein. Dort dient sie als Matrize zur Produktion neuer Viren. Antiviral wirksame Integrase-Hemmer befinden sich im frühen Stadium klinischer Erprobung Die HIV-Protease ist das Schlüsselenzym der Virusneubildung. Sie wirkt im letzten Schritt der Virusreplikation und schneidet die endgültigen Virusstrukturproteine und -enzyme aus dem Polyprotein heraus und ermöglicht so die Bildung reifer, infektiöser Viren, die wieder neue Zellen infizieren. Die HIV-Protease ist der Angriffspunkt der Proteasehemmer. Integrase T-Zelle

Prinzipielle Eingriffsmöglichkeiten in den Lebenszyklus des HIV Blockieren der Bindung an die Wirtszelle Verhindern der Fusion mit der Wirtszelle Hemmung der Reversen Transkriptase Hemmung der Reversen Transkriptase: Abbruch der DNA-Synthese bei der reversen Transkription und Inaktivierung der Reversen der Transkriptase Hemmung der viralen Protease Blockieren des Virusassembly Hemmung der Integration Angriffspunkte einer HIV-Therapie Dargestellt sind potentielle Möglichkeiten, den Lebenszyklus des Virus zu unterbrechen und so die Virusvermehrung zu hemmen. Hemmung der Translation Hemmung der Transkription Neutralisieren des freien Virus Elimination HIV-infizierter Zellen

Verlauf der HIV-Infektion CD4-Zellzahl Inzidenz opportunistischer Infektionen Natürlicher Verlauf der HIV-Infektion I Nach HIV-Infektion nimmt über einen Zeitraum von zumeist mehreren Jahren die Immunkompetenz des HIV-Infizierten kontinuierlich ab bis sich schließlich opportunistische Erkrankungen einstellen. Die CD4-Zellzahl ist ein gebräuchlicher Marker für die Abschätzung der Immunkompetenz. Zeit seit HIV Serokonversion

HIV: Viruslast und Prognose HIV-Kopien/ml 100.000 50 % 62 % 36.270 49 % 25 % 13.020 10.000 26 % 10 % HIV: Viruslast und Prognose Zwischen April 1984 und März 1985 wurden 209 HIV-positive Männer in diese Studien eingeschlossen. Von 180 Patienten wurden retrospektiv Viruslast-Bestimmungen zu Studienbeginn durchgeführt. Stratifiziert nach Virusbeladung zu Studienbeginn ist hier dargestellt, wie groß der Anteil der Patienten mit AIDS nach 5 Jahren war, bzw. wieviele Patienten nach 5 Jahren verstorben waren. Mellors et al., Science 1996, 272:1167-1170 4.530 8 % 5 % AIDS nach 5 Jahren 1.000 Tod nach 5 Jahren Mellors et al., Science, 1996

HIV: Viruslast und Prognose HIV-Kopien / ml < 1.000 1.000 - 9.999 10.000 - 99.999 > 99.999 Anteil Über- lebender ohne AIDS HIV: Viruslast und Prognose Zwischen 1975 und 1995 wurden 165 Hämophile mit HIV-Infektion beobachtet. Im Median 27 Monate nach vermutlicher HIV-Exposition wurde die HIV-Beladung im Blut bestimmt (PCR) und mit den klinischen Endpunkten AIDS und Tod korreliert. Das Ergebnis: Die HIV-RNA-Spiegel in der frühen chronischen HIV1-Infektion sind ein starker, altersunabhängiger Vorhersagewert für den klinischen Verlauf. O´Brien et al., JAMA 1996, 276:105-110 Monate O´Brien et al., JAMA, 1996

natürlicher Verlauf der HIV-Infektion 1000 800 600 400 200 Primärinfektion Tod Akutes HIV-Syndrom Opportunistische Erkrankungen Klinische Latenz CD4 Zellen /µl Viruslast AIDS-assoziierte Symptome (ARC) Natürlicher Verlauf der HIV-Infektion II Nach der HIV-Infektion nimmt über einen Zeitraum von mehreren Jahren die Zahl der CD4-positiven Zellen kontinuierlich ab. Parallel dazu verändert sich das klinische Bild der HIV-Infektion: Nach zumeist mehrjähriger klinischer Latenz ist die nachfolgende Phase als AIDS related Komplex definiert. Kennzeichnend für dieses Stadium der Erkrankung sind konstitutionelle Symptome wie Fieber oder Diarrhöen, Herpes Zoster oder periphere Neuropathien. Das Stadium “AIDS” ist definiert durch das Auftreten bestimmter opportunistischer Erkrankungen wie z.B. Pneumocystis carinii-Pneumonie, CMV-Retinitis oder das Wasting-Syndrom. Neben der Messung der CD4-Zellzahl ist die HIV-Viruslast ein weiterer Standardparameter bei der Untersuchung von HIV-Infizierten. Seit einigen Jahren steht mit der Polymerase-Ketten-Reaktion ein Verfahren zur Verfügung, daß die standardisierte Bestimmung der Viruslast gestattet. Dieser Parameter ist mittlerweile unverzichtbar bei antiretroviraler Therapie und als prognostischer Marker. 0 3 6 9 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 500>CD4 > 300 300>CD4 > 50 CD4<50 Infektion Wochen Jahre

HIV-assoziierte Erkrankungen (USA) Todesfälle(%) 35 30 25 20 15 10 5 1987 1988 1989 1990 1991 1992 (10 001) (12 425) (17 155) (19 244) (21 776) (24 230) Anz. Pneumonie (nicht spezif.) PCPs MAI Septikämie Kaposi-Sarkom Cytomegalievirus Lymphom Toxoplasmose Kryptokokkose Tuberkulose HIV-assoziierte Erkrankungen Anteil der jeweiligen HIV-assoziierten Erkrankung an der Gesamtzahl der Todesfälle in den Jahren 1987 bis 1992. Beobachtet wurde eine US-amerikanische Patientenkohorte. Über den Beobachtungszeitraum sank der Anteil der durch PCP hervorgerufenen Todesfälle, der Anteil der MAI- und CMV-Infektionen als Todesursache nahmen zu. Bakterielle Pneumonie Leukoenzephalopathie Kandidiasis Kryptosporidiose Selik et al., Ann Intern Med 1995; 123: 933–6

HIV - Viruslast und CD4 - Zellzahl: Gegenüberstellung  Vorhersagewert für klinische Entwicklung Monitoring bei ART Variabilität (inkl. biol.) Messbereich prognostischer Wert +++ Virusreplikation 0.5 log (1.3 -) 2.3 - 6 log Marker für virale Aktivität ++ immunol. Effekte > 0.5 log ca. 2 log klin. Endpunkt bester Indikator für Entwicklung von OI HIV-RNA CD4-Zellzahl HIV-Viruslast und CD4-Zellzahl: Gegenüberstellung Die diagnostischen Parameter CD4-Zellzahl und Viruslast im Vergleich (nach PD Dr. Weber,Junglinster)