Mechanismen der Aktivierung und Detoxifizierung von Aflatoxin B 1 in verschiedenen Leberzelltypen von Ratten, Mäusen und Waldmurmeltieren

Zusammenfassung: Die Applikation des Mykotoxins Aflatoxin B1 (AFB1) führt in der Ratte zu Lebertumoren hepatozellulären Ursprungs, während bisher keine transformierende Wirkung dieses Mykotoxins auf Kupffer- und Endothelzellen (Nichtparenchymzellen, NPC) nachgewiesen werden konnte. Diese Resistenzmechanismen der NPC gegenüber AFB1 wurden im ersten Teil dieser Arbeit untersucht. AFB1 ist per se inaktiv, wird jedoch durch Verstoffwechselung in den chemisch reaktiven, an DNA bindenden Metaboliten AFB1-8,9-Epoxid überführt. Daneben stellt die enzymatische Hydroxylierung von AFB1 am Kohlenstoff-9a zum Aflatoxin M1 eine Detoxifizierung dar. Durch HPLC-Analyse der AFB1-Metabolite konnte gezeigt werden, daß in Nichtparenchymzellen (NPC) das Verhältnis von 9a-Hydroxylierung zu 8,9-Epoxidierung höher als in Parenchymzellen (PC) ist. Die AFB1-9a-hydroxylase fördert insbesondere in den NPC der Leber die Bildung des weniger gentoxischen Metaboliten AFM1 und konkurriert daher um die Aktivierung von AFB1 zum mutagenen und kanzerogenen 8,9-Epoxid. Dieser metabolische Unterschied scheint also einen Beitrag zur Resistenz der NPC der Leber gegenüber der hepatokanzerogenen Wirkung von AFB1 zu leisten. Da ein Synergismus zwischen der AFB1-Exposition und einer Infektion mit dem Hepatitis B-Virus (HBV) beim Menschen bezüglich des Auftretens von hepatozellulären Karzinomen zu bestehen scheint, wurde im zweiten Teil dieser Arbeit untersucht, ob die metabolische Aktivierung von AFB1 durch eine HBV-Infektion verstärkt wird. In einem Vergleich der Biotransformation von AFB1 mit mikrosomalen Leberfraktionen von transgenen HBV-Mäusen und Kontrollmäusen wurde keine signifikanten Unterschiede festgestellt. Dagegen wurde bei Virus-infizierten Waldmurmeltieren eine deutlich reduzierte Bildung des AFB1-8,9-Epoxids beobachtet. Es konnte z.T. ein Zusammenhang zwischen den verschiedenen Stadien der Leberschädigung und den Metabolismusraten festgestellt werden, wobei die metabolische Aktivierung mit zunehmender Leberschädigung abzunehmen scheint. Auch hinsichtlich der Aktivitäten verschiedener Cytochrom P450 abhängiger Monooxygenasen wurde eine weitgehende Übereinstimmung mit den durch HPLC ermittelten Metabolitenprofilen des AFB1 beobachtet. Diese Studien mit subzellulären Leberfraktion der transgenen HBV-Mäusen und der Waldmurmeltieren zeigen, daß die Interaktion zwischen Hepatitis und AFB1 nicht mit der verstärkten metabolischer Aktivierung von AFB1 zu erklären ist. TGF-ß1, aus der Gruppe der Cytokine, wird als Mediator bei Entzündungsprozessen in der Leber so z.B. im Verlauf einer Virushepatitis freigesetzt. Aufgrund der besonderen Bedeutung des murinen CYP2A5 (ortholog zum humanen CYP2A6) bei der Aktivierung von AFB1 wurde der Einfluß von TGF-ß1 auf CYP2A5 in Primärkulturen von Maushepatozyten untersucht. Durch Messung der Aktivität der Cumarin-7-hydroxylase sowie durch Bestimmung der Proteinmenge von CYP2A5 mittels Western Blotting konnte zunächst die Induzierbarkeit des CYP2A5-Isoenzyms durch Phenobarbital in kultivierten Hepatozyten der Maus gezeigt werden. Nur bei einer niedrigen TGF-ß1-Konzentration wurde eine leicht erhöhte Expression von CYP2A5 festgestellt, ansonsten führte die Behandlung der kultivierten Maushepatozyten mit TGF-ß1 zu einer dosisabhängigen Verminderung der Expression von CYP2A5.

Structural and functional analysis of the hepatitis C virus non-structural protein 5A

Das Hepatitis C Virus (HCV) ist ein umhülltes RNA Virus aus der Familie der Flaviviridae. Sein Genom kodiert für ein ca. 3000 Aminosäuren langes Polyprotein, welches co- und posttranslational in seine funktionellen Einheiten gespalten wird. Eines dieser viralen Proteine ist NS5A. Es handelt sich hierbei um ein stark phosphoryliertes Protein, das eine amphipatische α-Helix im Amino-Terminus trägt, welche für die Membran-Assoziation von NS5A verantwortlich ist. Welche Rolle die Phosphorylierung für die Funktion des Proteins spielt, bzw. welche Funktion NS5A überhaupt ausübt, ist zur Zeit noch unklar. Beobachtungen lassen Vermutungen über eine Funktion von NS5A bei der Resistenz infizierter Zellen gegenüber Interferon-alpha zu. Weiterhin wird vermutet, das NS5A als Komponente des membranständigen HCV Replikasekomplexes an der RNA Replikation beteiligt ist. Das Ziel dieser Doktorarbeit war es, die Funktion von NS5A für die RNA Replikation zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde eine Serie von Phosphorylierungsstellen-Mutanten generiert, die auf Ihre Replikationsfähigkeit und den Phosphorylierungsstatus hin untersucht wurden. Wir fanden, dass bestimmte Serin-Substitutionen im Zentrum von NS5A zu einer gesteigerten RNA Replikation führten, bei gleichzeitig reduzierter NS5A Hyperphosphorylierung. Weiterhin studierten wir den Einfluß von Mutationen in der Amino-terminalen amphipatischen α-Helix von NS5A auf die RNA-Replikation, sowie Phosphorylierung und subzelluläre Lokalisation des Proteins. Wir fanden, dass geringfügige strukturelle Veränderungen der amphipatischen Helix zu einer veränderten subzellulären Lokalisation von NS5A führten, was mit einer reduzierten oder komplett inhibierten RNA Replikation einherging. Zudem interferierten die strukturellen Veränderungen mit der Hyperphosphorylierung des Proteins, was den Schluß nahe legt, dass die amphipatische Helix eine wichtige strukturelle Komponente des Proteins darstellt, die für die korrekte Faltung und Phosphorylierung des Proteins essentiell ist. Als weitere Aspekte wurden die Trans-Komplementationsfähigkeit der verschiedenen viralen Komponenten des HCV Replikasekomplexes untersucht, sowie zelluläre Interaktionspartner von NS5A identifiziert. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Doktorarbeit, dass NS5A eine wichtige Rolle bei der RNA-Replikation spielt. Diese Funktion wird wahrscheinlich über den Phosphorylierungszustand des Proteins reguliert.

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.

Risposta Immunitaria Epatite B specifica in pazienti affetti da Epatocarcinoma

Hepatitis B x protein (HBx) is a non structural, multifunctional protein of hepatitis B virus (HBV) that modulates a variety of host processes.Due to its transcriptional activity,able to alter the expression of growth-control genes,it has been implicated in hepatocarcinogenesis.Increased expression of HBx has been reported on the liver tissue samples of hepatocellular carcinoma (HCC),and a specific anti-HBx immune response can be detected in the peripheral blood of patients with chronic HBV.However,its role and entity has not been yet clarified.Thus,we performed a cross-sectional analysis of anti-HBx specific T cell response in HBV-infected patients in different stage of disease.A total of 70 HBV-infected subjects were evaluated:15 affected by chronic hepatitis (CH-median age 45 yrs),14 by cirrhosis (median age 55 yrs),11 with dysplastic nodules (median age 64 yrs),15 with HCC (median age 60 yrs),15 with IC(median age 53 yrs).All patients were infected by virus genotype D with different levels of HBV viremia and most of them (91%) were HBeAb positive.The HBx-specific T cell response was evaluated by anti-Interferon (IFN)-gamma Elispot assay after in vitro stimulation of peripheral blood mononuclear cells,using 20 overlapping synthetic peptides covering all HBx protein sequence.HBx-specific IFN-gamma-secreting T cells were found in 6 out of 15 patients with chronic hepatitis (40%), 3 out of 14 cirrhosis (21%), in 5 out of 11 cirrhosis with macronodules (54%), and in 10 out of 15 HCC patients (67%). The number of responding patients resulted significantly higher in HCC than IC (p=0.02) and cirrhosis (p=0.02). Central specific region of the protein x was preferentially recognize,between 86-88 peptides. HBx response does not correlate with clinical feature disease(AFP,MELD).The HBx specific T-cell response seems to increase accordingly to progression of the disease, being increased in subjects with dysplastic or neoplastic lesions and can represent an additional tool to monitor the patients at high risk to develop HCC

Novel hepatitis E virus genotype in Norway rats, Germany

Human hepatitis E virus infections may be caused by zoonotic transmission of virus genotypes 3 and 4. To determine whether rodents are a reservoir, we analyzed the complete nucleotide sequence of a hepatitis E–like virus from 2 Norway rats in Germany. The sequence suggests a separate genotype for this hepatotropic virus.

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.

Estimating the net contribution of interleukin-28B variation to spontaneous hepatitis C virus clearance

The identification of associations between interleukin-28B (IL-28B) variants and the spontaneous clearance of hepatitis C virus (HCV) raises the issues of causality and the net contribution of host genetics to the trait. To estimate more precisely the net effect of IL-28B genetic variation on HCV clearance, we optimized genotyping and compared the host contributions in multiple- and single-source cohorts to control for viral and demographic effects. The analysis included individuals with chronic or spontaneously cleared HCV infections from a multiple-source cohort (n = 389) and a single-source cohort (n = 71). We performed detailed genotyping in the coding region of IL-28B and searched for copy number variations to identify the genetic variant or haplotype carrying the strongest association with viral clearance. This analysis was used to compare the effects of IL-28B variation in the two cohorts. Haplotypes characterized by carriage of the major alleles at IL-28B single-nucleotide polymorphisms (SNPs) were highly overrepresented in individuals with spontaneous clearance versus those with chronic HCV infections (66.1% versus 38.6%, P = 6 × 10(-9) ). The odds ratios for clearance were 2.1 [95% confidence interval (CI) = 1.6-3.0] and 3.9 (95% CI = 1.5-10.2) in the multiple- and single-source cohorts, respectively. Protective haplotypes were in perfect linkage (r(2) = 1.0) with a nonsynonymous coding variant (rs8103142). Copy number variants were not detected. CONCLUSION: We identified IL-28B haplotypes highly predictive of spontaneous HCV clearance. The high linkage disequilibrium between IL-28B SNPs indicates that association studies need to be complemented by functional experiments to identify single causal variants. The point estimate for the genetic effect was higher in the single-source cohort, which was used to effectively control for viral diversity, sex, and coinfections and, therefore, offered a precise estimate of the net host genetic contribution.

Effect of immune pressure on hepatitis C virus evolution: insights from a single-source outbreak

The host's immune response to hepatitis C virus (HCV) can result in the selection of characteristic mutations (adaptations) that enable the virus to escape this response. The ability of the virus to mutate at these sites is dependent on the incoming virus, the fitness cost incurred by the mutation, and the benefit to the virus in escaping the response. Studies examining viral adaptation in chronic HCV infection have shown that these characteristic immune escape mutations can be observed at the population level as human leukocyte antigen (HLA)-specific viral polymorphisms. We examined 63 individuals with chronic HCV infection who were infected from a single HCV genotype 1b source. Our aim was to determine the extent to which the host's immune pressure affects HCV diversity and the ways in which the sequence of the incoming virus, including preexisting escape mutations, can influence subsequent mutations in recipients and infection outcomes. Conclusion: HCV sequences from these individuals revealed 29 significant associations between specific HLA types within the new hosts and variations within their viruses, which likely represent new viral adaptations. These associations did not overlap with previously reported adaptations for genotypes 1a and 3a and possibly reflected a combination of constraint due to the incoming virus and genetic distance between the strains. However, these sites accounted for only a portion of the sites in which viral diversity was observed in the new hosts. Furthermore, preexisting viral adaptations in the incoming (source) virus likely influenced the outcomes in the new hosts.

Hepatitis E Virus seroprevalence and chronic infections in patients with HIV, Switzerland

We screened 735 HIV-infected patients in Switzerland with unexplained alanine aminotransferase elevation for hepatitis E virus (HEV) immunoglobulin G. Although HEV seroprevalence in this population is low (2.6%), HEV RNA can persist in patients with low CD4 cell counts. Findings suggest chronic HEV infection should be considered as a cause of persistent alanine aminotransferase elevation.

Management of hepatitis C virus (HCV) infection in drug substitution programs

In Switzerland, intravenous drug use (IDU) accounts for 80% of newly acquired hepatitis C virus (HCV) infections. Early HCV treatment has the potential to interrupt the transmission chain and reduce morbidity/mortality due to decompensated liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Nevertheless, patients in drug substitution programs are often insufficiently screened and treated.

Hepatitis C virus infections in the Swiss HIV Cohort Study: a rapidly evolving epidemic

Hepatitis C virus (HCV) infection has a growing impact on morbidity and mortality in patients infected with human immunodeficiency virus (HIV). We assessed trends in HCV incidence in the different HIV transmission groups in the Swiss HIV Cohort Study (SHCS).