RNA-Strukturen im Hepatitis-C-Virus und ihre Bedeutung für Translation und Replikation

Das Hepatitis C Virus (HCV) ist ein umhülltes Virus aus der Familie der Flaviviridae. Es besitzt ein Plusstrang-RNA Genom von ca. 9600 Nukleotiden Länge, das nur ein kodierendes Leseraster besitzt. Das Genom wird am 5’ und 3’ Ende von nicht-translatierten Sequenzen (NTRs) flankiert, welche für die Translation und vermutlich auch Replikation von Bedeutung sind. Die 5’ NTR besitzt eine interne Ribosomeneintrittsstelle (IRES), die eine cap-unabhängige Translation des ca. 3000 Aminosäure langen viralen Polyproteins erlaubt. Dieses wird ko- und posttranslational von zellulären und viralen Proteasen in 10 funktionelle Komponenten gespalten. Inwieweit die 5’ NTR auch für die Replikation der HCV RNA benötigt wird, war zu Beginn der Arbeit nicht bekannt. Die 3’ NTR besitzt eine dreigeteilte Struktur, bestehend aus einer variablen Region, dem polyU/UC-Bereich und der sogenannten X-Sequenz, eine hochkonservierte 98 Nukleotide lange Region, die vermutlich für die RNA-Replikation und möglicherweise auch für die Translation benötigt wird. Die genuae Rolle der 3’ NTR für diese beiden Prozesse war zu Beginn der Arbeit jedoch nicht bekannt. Ziel der Dissertation war deshalb eine detaillierte genetische Untersuchung der NTRs hinsichtlich ihrer Bedeutung für die RNA-Translation und -Replikation. In die Analyse mit einbezogen wurden auch RNA-Strukturen innerhalb der kodierenden Region, die zwischen verschiedenen HCV-Genotypen hoch konserviert sind und die mit verschiedenen computer-basierten Modellen vorhergesagt wurden. Zur Kartierung der für RNA-Replikation benötigten Minimallänge der 5’ NTR wurde eine Reihe von Chimären hergestellt, in denen unterschiedlich lange Bereiche der HCV 5’ NTR 3’ terminal mit der IRES des Poliovirus fusioniert wurden. Mit diesem Ansatz konnten wir zeigen, dass die ersten 120 Nukleotide der HCV 5’ NTR als Minimaldomäne für Replikation ausreichen. Weiterhin ergab sich eine klare Korrelation zwischen der Länge der HCV 5’ NTR und der Replikationseffizienz. Mit steigender Länge der 5’ NTR nahm auch die Replikationseffizienz zu, die dann maximal war, wenn das vollständige 5’ Element mit der Poliovirus-IRES fusioniert wurde. Die hier gefundene Kopplung von Translation und Replikation in der HCV 5’ NTR könnte auf einen Mechanismus zur Regulation beider Funktionen hindeuten. Es konnte allerdings noch nicht geklärt werden, welche Bereiche innerhalb der Grenzen des IRES-Elements genau für die RNA-Replikation benötigt werden. Untersuchungen im Bereich der 3’ NTR ergaben, dass die variable Region für die Replikation entbehrlich, die X-Sequenz jedoch essentiell ist. Der polyU/UC-Bereich musste eine Länge von mindestens 11-30 Uridinen besitzen, wobei maximale Replikation ab einer Länge von 30-50 Uridinen beobachtet wurde. Die Addition von heterologen Sequenzen an das 3’ Ende der HCV-RNA führte zu einer starken Reduktion der Replikation. In den hier durchgeführten Untersuchungen zeigte keines der Elemente in der 3’ NTR einen signifikanten Einfluss auf die Translation. Ein weiteres cis aktives RNA-Element wurde im 3’ kodierenden Bereich für das NS5B Protein beschrieben. Wir fanden, dass Veränderungen dieser Struktur durch stille Punktmutationen die Replikation hemmten, welche durch die Insertion einer intakten Version dieses RNA-Elements in die variable Region der 3’ NTR wieder hergestellt werden konnte. Dieser Versuchsansatz erlaubte die genaue Untersuchung der für die Replikation kritischen Strukturelemente. Dadurch konnte gezeigt werden, dass die Struktur und die Primärsequenz der Loopbereiche essentiell sind. Darüber hinaus wurde eine Sequenzkomplementarität zwischen dem Element in der NS5B-kodierenden Region und einem RNA-Bereich in der X-Sequenz der 3’ NTR gefunden, die eine sog. „kissing loop“ Interaktion eingehen kann. Mit Hilfe von gezielten Mutationen konnten wir zeigen, dass diese RNA:RNA Interaktion zumindest transient stattfindet und für die Replikation des HCV essentiell ist.

Analyse von Pathomechanismen im Rahmen der Hepatitis-C-Infektion

Das Hepatitis C Virus stellt mit weltweit 170 Millionen infizierten Menschen ein großes gesundheitliches Problem dar. Zwar sind in den letzten Jahren deutliche Fortschritte in der Behandlung der Hepatitis C gemacht worden, gleichwohl ist die Hepatitis C durch das Fehlen eines potenten Impfstoffes weiterhin ein relevantes gesundheitliches Risiko, da sich Infektionsraten auf diesem Wege nicht eindämmen lassen. Der Ansatz dieser Dissertation bestand in der Konstruktion adenoviraler Vektoren, die Anteile des HCV-Genoms beinhalten. Mit Hilfe dieser Vektoren sollten verschiedene Zelltypen transduziert werden, eine Überexpression viraler Proteine initiert werden und Effekte der HCV Proteine HCV-Core und HCV-NS5a ermittelt werden. Diese Dissertationsschrift beschreibt die Konstruktion der adenoviralen Vektoren, die die Hepatitis Gene Core bzw. NS5a tragen. Die Klonierungsschritte werden umfassend aufgezeigt. Darauf aufbauend werden Versuche gezeigt, die die erfolgreiche adenovirale Transduktion in Zielzellen bestätigen. Es werden phänotypische Veränderungen der verschiedenen Zielzellen anhand mikroskopischer Aufnahmen demonstriert. Zusätzlich wird die erfolgreiche Konstruktion der Vektoren durch Detektion der viralen Proteine im Western Blot bestätigt. Es konnte gezeigt werden, dass sich verschiedene Zielzellen mit den Vektoren transduzieren lassen und die Proteinexpression der HCV-Proteine einer dosisabhänigen Expressionskinetik folgt. In weiteren Untersuchungen konnten Veränderungen der Viabilität der Zellen durch die Expression der viralen Proteine HCV-Core und HCV-NS5a gezeigt werden. Durch eine dosisabhängige Herunterregulation des anti-apoptoischen Proteins MCL-1 ist das Gesamtüberleben der Zellen vermindert. Die Wachstumskinetik der transduzierten Zellen ist signifikant herabgesetzt.

Accuracy of liver stiffness measurement using fibroscan ® to predict the response to antiviral therapy in patients with chronic hepatitis c viral infection

Introduction: Antiviral therapy can prevent disease progression in patients with chronic hepatitis C . Transient Elastografy (TE; Fibroscan) is an accurate surrogate marker to liver fibrosis, by measuring liver stiffness (LS). LS decrease has been associated with sustained virologic response (SVR). Aim: to assess the changes of LS measurments in CHC patients during and one year after Interferon (IFN)-based antiviral therapy (IFN/ribavirin) or (telaprevir+IFN/ribavirin). Methods: consecutive 69 CHC patients (53.6% females, mean age 57.9 ± 11.4) who underwent antiviral therapy for at least 20 weeks were enrolled. LS was measured using FibroScan at baseline, after three months, at the end of treatment and one year after treatment discontinuation. Fibrosis was graded using METAVIR score. Results: twenty patients treated with triple therapy and 49 with IFN/ribavirin. Fifty patients had SVR and 19 were non-responders. SVR patients: F0-F1, F2 and F3 patients (39.1%, 7.2% and 17.4%; respectively) showed no significant LS decrease (P= 0.186, 0.068 and 0.075; respectively). Conversely, in F4 patients (36.2%) LS was significantly decreased (P=0.015) after one year of treatment completion. In all patients with no SVR, no significant decrease in LS was observed. Interestingly, all Patients with F4 fibrosis (even non-responders) showed an initial significant decrease in LS (P=0.024) at 3 months after the start of treatment. However, this decrease was not predictive of SVR; area under the ROC curve 0.369 (CI %: 0.145-0.592) P= 0.265. Conclusion: Our study showed that initial decrease in LSM, especially in patients with higher baseline fibrosis score is unlikely to predict an SVR. In addition no significant association was found between clinical or virological parameters and fibrosis improvement. Further studies are needed to delineate the most appropriate clinical scenarios for the LSM by Fibroscan in chronic hepatitis C and its role in monitoring the response to antiviral treatment.

Serum anti-interferon alpha antibodies in chronic hepatitis C patients treated with pegylated interferon alpha containing therapy

The development of anti-IFNα antibodies is an occurrence described in chronic hepatitis C patients during treatment with Interferonα/PEG-Interferonα. However, its relevance, especially in difficult-to treat patients, has not been defined. Methods: We retrospectively measured the serum levels of anti-IFNα antibodies (baseline and week 12) and IFNα levels (week 12) by ELISA in 76 previous non-responders, and in 14 naive patients treated with Pegylated-IFNα and Ribavirin. A group of 57 healthy donors (HD) was also assessed as control. Positivity to anti-IFNα antibodies was established on the values of HD. Results: Baseline anti-IFNα antibodies were detected in 15.5% of patients and in 7% of HD, with significantly higher concentrations in patients than HD (181.5±389.9 vs 95.9±143.0 ng mL−1, p=0.0023). All positive patients were IFNα-experienced. At week 12, the prevalence of positivity increased to 22.3 and 28.5% in experienced and naïve patients, respectively, and the levels of anti-IFNα antibodies did not differ between the two groups (391±792.3 vs 384.7±662.6 ng mL−1, respectively). IFNα concentrations were significantly lower in antibody-positive patients than in antibody-negatives (988.2±1402 vs 3462±830.8 pg mL−1, p≤0.0001) and the levels of antibodies and IFNα were inversely correlated (r=-0.405, p=0.0001). The antibody-positive population clustered in null responders (67%) and 19/21 patients (90%) did not achieve SVR. Conclusions: The development of anti-IFNα antibodies is a non-negligible occurrence in patients treated with PEG-IFNα, is stable over time, and has a relevant clinical impact when associated with low levels of circulating PEG-IFNα. It should be considered in patients undergoing treatments including PEG-IFNα.

Genetic variation in IL28B is associated with chronic hepatitis C and treatment failure: a genome-wide association study

Hepatitis C virus (HCV) induces chronic infection in 50% to 80% of infected persons; approximately 50% of these do not respond to therapy. We performed a genome-wide association study to screen for host genetic determinants of HCV persistence and response to therapy.

The recent breakthroughs in the understanding of host genomics in hepatitis C

Hepatitis C Virus (HCV) infection is spontaneously resolved in about 30% of acutely infected individuals. In those who progress to chronic hepatitis C, HCV therapy permanently eradicates infection in about 40% of cases. It has long been suspected that host genetic factors are key determinants for the control of HCV infection.

Role of hepatitis C virus genotype 3 in liver fibrosis progression - a systematic review and meta-analysis

The progression of liver fibrosis in chronic hepatitis C has long been considered to be independent from viral genotypes. However, recent studies suggest an association between Hepatitis C virus (HCV) genotype 3 and accelerated liver disease progression. We completed a systematic review and meta-analysis of studies evaluating the association between HCV genotypes and fibrosis progression. PubMed, Embase and ISI Web of Knowledge databases were searched for cohort, cross-sectional and case-control studies on treatment-naïve HCV-infected adults in which liver fibrosis progression rate (FPR) was assessed by the ratio of fibrosis stage in one single biopsy to the duration of infection (single-biopsy studies) or from the change in fibrosis stage between two biopsies (paired biopsies studies). A random effect model was used to derive FPR among different HCV genotypes. Eight single-biopsy studies (3182 patients, mean/median duration of infection ranging from 9 to 21 years) and eight paired biopsies studies (mean interval between biopsies 2-12 years) met the selection criteria. The odds ratio for the association of genotype 3 with accelerated fibrosis progression was 1.52 (95% CI 1.12-2.07, P = 0.007) in single-biopsy studies and 1.37 (95% CI 0.87-2.17, P = 0.17) in paired biopsy studies. In conclusion, viral genotype 3 was associated with faster fibrosis progression in single-biopsy studies. This observation may have important consequences on the clinical management of genotype 3-infected patients. The association was not significant in paired biopsies studies, although the latter may be limited by important indication bias, short observation time and small sample size.

IL28B alleles associated with poor hepatitis C virus (HCV) clearance protect against inflammation and fibrosis in patients infected with non-1 HCV genotypes

Genetic polymorphisms near IL28B are associated with spontaneous and treatment-induced clearance of hepatitis C virus (HCV), two processes that require the appropriate activation of the host immune responses. Intrahepatic inflammation is believed to mirror such activation, but its relationship with IL28B polymorphisms has yet to be fully appreciated. We analyzed the association of IL28B polymorphisms with histological and follow-up features in 2335 chronically HCV-infected Caucasian patients. Assessable phenotypes before any antiviral treatment included necroinflammatory activity (n = 1,098), fibrosis (n = 1,527), fibrosis progression rate (n = 1,312), and hepatocellular carcinoma development (n = 1,915). Associations of alleles with the phenotypes were evaluated by univariate analysis and multivariate logistic regression, accounting for all relevant covariates. The rare G allele at IL28B marker rs8099917-previously shown to be at risk of treatment failure-was associated with lower activity (P = 0.04), lower fibrosis (P = 0.02) with a trend toward lower fibrosis progression rate (P = 0.06). When stratified according to HCV genotype, most significant associations were observed in patients infected with non-1 genotypes (P = 0.003 for activity, P = 0.001 for fibrosis, and P = 0.02 for fibrosis progression rate), where the odds ratio of having necroinflammation or rapid fibrosis progression for patients with IL28B genotypes TG or GG versus TT were 0.48 (95% confidence intervals 0.30-0.78) and 0.56 (0.35-0.92), respectively. IL28B polymorphisms were not predictive of the development of hepatocellular carcinoma.

Viral genotype-specific role of PNPLA3, PPARG, MTTP, and IL28B in hepatitis C virus-associated steatosis

Steatosis is a prominent feature of hepatitis C, especially in patients infected with genotype 3. The analysis of genetic polymorphisms influencing steatosis in chronic hepatitis C has been limited by the studies' small sample size, and important single nucleotide polymorphisms (SNPs), such as those in the patatin-like phospholipase family 3 protein (PNPLA3), were never evaluated.

Critical review of the use of erythropoietin in the treatment of anaemia during therapy for chronic hepatitis C

Combined pegylated interferon (PegIFN) and ribavirin represents the standard therapy for patients with chronic hepatitis C (CHC), which allows for sustained viral response (SVR) in up to 90% of patients depending on certain viral and host factors. Clinical studies have demonstrated the importance of adherence to therapy, that is, the ability of patients to tolerate and sustain a fully dosed therapy regimen. Adherence is markedly impaired by treatment-related adverse effects. In particular, haemolytic anaemia often requires dose reduction or termination of ribavirin treatment, which compromises treatment efficacy. Recent evidence points to a beneficial role of recombinant erythropoietin (EPO) in alleviating ribavirin-induced anaemia thereby improving quality of life, enabling higher ribavirin dosage and consequently improving SVR. However, no general consensus exists regarding the use of EPO for specific indications: its optimal dosing, treatment benefits and potential risks or cost efficiency. The Swiss Association for the Study of the Liver (SASL) has therefore organized an expert meeting to critically review and discuss the current evidence and to phrase recommendations for clinical practice. A consensus was reached recommending the use of EPO for patients infected with viral genotype 1 developing significant anaemia below 100 g/L haemoglobin and a haematocrit of <30% during standard therapy to improve quality of life and sustain optimal ribavirin dose. However, the evidence supporting its use in patients with pre-existing anaemia, non-1 viral genotypes, a former relapse or nonresponse, liver transplant recipients and cardiovascular or pulmonary disease is considered insufficient.