DE19908766C2 - Use of synthetic Vpr peptides of the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) for the development of therapeutic and diagnostic reagents - Google Patents

Use of synthetic Vpr peptides of the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) for the development of therapeutic and diagnostic reagents

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Abstract

Die Erfindung betrifft neue, synthetisch (s) hergestellte Vpr-Proteine, ihre biologischen Aktivitäten sowie ihre antigenen und physikochemischen Eigenschaften, die denen von natürlichen, HIV-infizierten Zellen exprimierten viralen Vpr ähnlich oder identisch sind. Damit wird eine Methode beschrieben, mit der sVpr-Proteine in praktisch unbegrenzter Menge, mit hoher Reinheit und unter ökonomisch vertretbaren Bedingungen für die Entwicklung von neuartigen antiviralen Reagenzien und serologischen Testsystemen verfügbar gemacht werden. DOLLAR A Anwendungsgebiete sind - neben der HIV-Grundlagenforschung und der Strukturanalyse von HIV-Systemen - die Peptidchemie, der Aufbau von Testsystemen zum Screenen von potentiellen Vpr-Antagonisten, die Etablierung von Zellkultur- und Tiermodellen zur Untersuchung der Pathomechanismen von Vpr, die Entwicklung von serologischen Testmethoden, insbesondere eines Vpr-Antigen-ELISA und die in vitro Assemblierung von neuartigen Vektoren für den Einsatz bei Gentransfermethoden in der Gentherapie.The invention relates to new, synthetically produced Vpr proteins, their biological activities and their antigenic and physicochemical properties which are similar or identical to those of viral Vpr expressed by natural, HIV-infected cells. This describes a method with which sVpr proteins are made available in practically unlimited quantities, with high purity and under economically justifiable conditions for the development of novel antiviral reagents and serological test systems. DOLLAR A areas of application are - in addition to basic HIV research and the structural analysis of HIV systems - peptide chemistry, the development of test systems for screening potential Vpr antagonists, the establishment of cell culture and animal models for the investigation of the pathomechanisms of Vpr, the development of Serological test methods, in particular a Vpr antigen ELISA and the in vitro assembly of novel vectors for use in gene transfer methods in gene therapy.

Description

Die Erfindung betrifft den Einsatz von synthetischen Peptiden des regulatorischen Virusproteins R (Vpr) des Humanen Immundefizienzvirus Typ 1 (HIV-1) zum Zweck der Etablierung neuartiger Testmethoden in der serologischen Diagnose und Überwachung von HIV-1-infizierten Patienten, der Aufklärung der molekularen Struktur und Wirkungsweise dieses sowohl für die Virusreplikation als auch für die viralen Pathomechanismen wesentlichen Virusproteins. Basierend auf den dabei gewonnenen Erkenntnissen über seine molekularen und physikochemischen Eigenschaften zusammen mit der Verwendung von neuartigen synthetischen Peptiden, die entweder Teil oder Gesamtsequenzen von HIV-1 Vpr darstellen, werden Prinziplösungen für neuartige antivirale Strategien zum Einsatz in der Therapie und Behandlung von HIV-Infektionen entworfen. Darüber hinaus werden die neuartigen Produkte in Form von Vpr-Peptiden für die Etablierung von Gentransfer-Methoden in der Gentherapie angewendet.The invention relates to the use of synthetic peptides of the regulatory virus protein R (Vpr) of Human Immunodeficiency Virus Type 1 (HIV-1) for the purpose of establishing novel ones Test methods in the serological diagnosis and monitoring of HIV-1 infected patients who Clarification of the molecular structure and mode of action of this both for virus replication and also for the viral pathomechanisms essential virus protein. Based on that gained knowledge about its molecular and physicochemical properties with the use of novel synthetic peptides that are either part or total sequences of HIV-1 Vpr, principle solutions for novel antiviral strategies for use in the therapy and treatment of HIV infections. In addition, the novel Products in the form of Vpr peptides for the establishment of gene transfer methods in gene therapy applied.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known prior art

  • 1. 1.1. Einleitung
    • 1. 1.1.1. Genomorganisation von Retroviren
    • 2. 1.1.2. Replikationszyklus von HIV
    • 3. 1.1.3. Bedeutung akzessorischer Virusgenprodukte im Replikationszyklus
    • 4. 1.1.4. Das akzessorische Regulatorprotein Vpr
    1.1.1. introduction
    • 1.1.1.1. Genomic organization of retroviruses
    • 2. 1.1.2. HIV replication cycle
    • 3. 1.1.3. Importance of accessory viral gene products in the replication cycle
    • 4. 1.1.4. The accessory regulatory protein Vpr
  • 2. 1.2. Analyse der biologischen Funktionen von Vpr
    • 1. 1.2.1. Bedeutung von Vpr in vivo für die Pathogenese von HIV-Infektionen
    • 2. 1.2.2. Vpr unterstützt die Virusreplikation in vitro
    • 3. 1.2.3. Vpr induziert Zelldifferenzierung und Zellzyklusarrest
    • 4. 1.2.4. Nuklearer Transport und Funktion(en) von Vpr im Zellkern
    • 5. 1.2.5. Wechselwirkung von Vpr mit zellulären Faktoren
    • 6. 1.2.6. Vpr reguliert die Wirkung von Glucocorticoid-Hormonen
    • 7. 1.2.7. Einbau von Vpr in Viruspartikel
    2. 1.2. Analysis of the biological functions of Vpr
    • 1. 1.2.1. Importance of Vpr in vivo for the pathogenesis of HIV infections
    • 2. 1.2.2. Vpr supports virus replication in vitro
    • 3. 1.2.3. Vpr induces cell differentiation and cell cycle arrest
    • 4. 1.2.4. Nuclear transport and function (s) of Vpr in the cell nucleus
    • 5. 1.2.5. Interaction of Vpr with cellular factors
    • 6. 1.2.6. Vpr regulates the effects of glucocorticoid hormones
    • 7. 1.2.7. Incorporation of Vpr into virus particles
  • 3. 1.3. Biochemische und strukturelle Charakterisierung von Vpr3. 1.3. Biochemical and structural characterization of Vpr
  • 4. 1.4. Chemische Synthese und Aktivitäten von Vpr-Peptiden4. 1.4. Chemical synthesis and activities of Vpr peptides
  • 5. 1.5. Expression und Aktivitäten von rekombinantem Vpr
    • 1. 1.5.1. Expression von Vpr in Insektenzellen
    • 2. 1.5.2. Expression von Vpr in Escherichia (E.) coli
    • 3. 1.5.3. Patentliteratur
    5. 1.5. Expression and Activities of Recombinant Vpr
    • 1.5.1.1. Expression of Vpr in insect cells
    • 2. 1.5.2. Expression of Vpr in Escherichia (E.) coli
    • 3. 1.5.3. Patent literature
1.1. Einleitung1.1. introduction

In den vergangenen zwei Jahrzehnten hat die Pandemie des erworbenen Immunmangelsyndroms (Aquired Immunodeficiency Syndrome, AIDS) Millionen von HIV-infizierter Menschen mit einer heimtückischen, multisystemischen und ultimativ unheilbaren Krankheit konfrontiert. Ungeachtet des relativ umfangreichen Detailwissens über die genomische Organisation, die Regulation der Virusgenexpression sowie die biologischen Funktionen der meisten HIV-Proteine ist die Kenntnis über die Replikation und Ausbreitung des Erregers in vivo wie auch über die konkreten Pathogenitätsmechanismen nach wie vor nur lückenhaft. Neue Hoffnung für die Identifizierung von bislang unbekannten Faktoren, welche die klinische Progression der Krankheit auslösen und/oder fördern, entsteht mit der Evaluierung "Langzeitüberlebender" (long term survivors) einer HIV-Infektion. Ein Schwerpunkt dabei ist die Identifizierung und Charakterisierung virusspezifischer Pathogenitätsfaktoren. Von besonderem Interesse sind hier die Nichtstrukturproteine des Virus, welche regulatorische Funktionen im Replikationszyklus von HIV ausüben (Literaturverzeichnis zum Stand der Technik hinter den Ausführungsbeispielen).In the past two decades, the pandemic of acquired immune deficiency syndrome (Aquired Immunodeficiency Syndrome, AIDS) Millions of people infected with HIV with one face insidious, multisystemic and ultimately incurable disease. Notwithstanding the relatively extensive detailed knowledge of the genomic organization, the regulation of Viral gene expression as well as the biological functions of most HIV proteins is well known the replication and spread of the pathogen in vivo as well as via the concrete Pathogenicity mechanisms are still incomplete. New hope for the identification of previously unknown factors that trigger the clinical progression of the disease and / or promote, arises with the evaluation of "long term survivors" of an HIV infection. One focus is the identification and characterization of virus-specific Pathogenicity factors. Of particular interest here are the non-structural proteins of the virus, which exercise regulatory functions in the replication cycle of HIV (bibliography on the status of Technology behind the examples).

1.1.1. Genomorganisation von Retroviren1.1.1. Genomic organization of retroviruses

Die Familie der Retroviren, zu welcher auch HIV gehört, zählt zu der großen Gruppe von eukaryotischen retrotransposablen Elementen (Doolittle et al., 1989, 1990). Diese zeichnen sich durch die Fähigkeit aus, unter Verwendung des Enzyms Reverse Transkriptase RNA-Genome in DNA- Intermediate umzuschreiben (Doolittle et al., 1989). Retroviren werden in fünf Subfamilien untergliedert: (i) Spumaviren; (ii) Mammalian C-Typ Oncoviren; (iii) BLV (Bovine Leukemia Virus)/HTLV (Human T-Cell Leukemia Virus) Leukämieviren; (iv) eine heterogene Gruppe aus RSV (Rous Sarcoma Virus), A, B und D-Typ Viren; sowie (v) Lentiviren (Doolittle et al., 1990; Martin, 1993). Wie der Name umschreibt, verursachen Lentiviren lang andauernde und meist unheilbare Krankheiten. Lentiviren replizieren vorrangig in Lymphozyten und ausdifferenzierten Makrophagen. Replikationskompetente Retroviren beinhalten mindestens drei charakteristische Gene: gag (gruppenspezifisches Antigen), pol (Polymerase) und env (Hüllproteine). Außer Struktur- und enzymatisch aktiven Virusproteinen kodieren verschiedene Retroviren zusätzliche, in der Regel kleine Proteine mit regulatorischen Funktionen. Neben HIV zählen zu der Subfamilie der Lentiviren SIV (Simian Immunodeficiency Virus), EIAV (Equine Infectious Anemia Virus), BIV (Bovine Immunodeficiency Virus), FIV (Feline Immunodeficiency Virus) und Visna Virus (Doolittle et al., 1990). HIV wiederum wird in die zwei Subtypen HIV-1 und HIV-2 (Clavel et al., 1987) untergliedert. Bei vergleichbarer Genomorganisation ist HIV-1 durch das vpu Gen (Strebel et al., 1988; Cohen et al., 1988) und HIV-2 durch das vpx Gen (Henderson et al., 1988) gekennzeichnet.The retrovirus family, which includes HIV, belongs to the large group of eukaryotic retrotransposable elements (Doolittle et al., 1989, 1990). These are characterized by the ability to convert RNA genomes into DNA using the reverse transcriptase enzyme Intermediate rewrite (Doolittle et al., 1989). Retroviruses come in five subfamilies broken down: (i) spuma viruses; (ii) Mammalian C-type oncoviruses; (iii) BLV (Bovine Leukemia Virus) / HTLV (Human T-Cell Leukemia Virus) leukemia viruses; (iv) a heterogeneous group from RSV (Rous Sarcoma Virus), A, B and D-type viruses; and (v) lentiviruses (Doolittle et al., 1990; Martin, 1993). As the name suggests, lentiviruses cause long-lasting and mostly incurable Diseases. Lentiviruses replicate primarily in lymphocytes and differentiated macrophages. Replication-competent retroviruses contain at least three characteristic genes: gag (group-specific antigen), pol (polymerase) and env (coat proteins). Except structural and Various retroviruses encode additional, usually small, enzymatically active virus proteins Proteins with regulatory functions. In addition to HIV, the subfamily of lentiviruses include SIV (Simian Immunodeficiency Virus), EIAV (Equine Infectious Anemia Virus), BIV (Bovine Immunodeficiency Virus), FIV (Feline Immunodeficiency Virus) and Visna Virus (Doolittle et al., 1990). HIV in turn is divided into the two subtypes HIV-1 and HIV-2 (Clavel et al., 1987). In a comparable genome organization, HIV-1 is caused by the vpu gene (Strebel et al., 1988; Cohen et al., 1988) and HIV-2 by the vpx gene (Henderson et al., 1988).

1.1.2. Replikationszyklus von HIV1.1.2. HIV replication cycle

Der Replikationszyklus von HIV beginnt mit der Bindung des Virus an verschiedene Zellrezeptoren, unter denen das Glykoprotein CD4 als der primäre Rezeptor fungiert. Der Viruseintritt erfolgt durch pH-unabhängige Membranfusion, gefolgt von dem "uncoating" der Viruspartikel im Zytosol. Das virale RNA-Genom wird mittels enzymatischer Aktivitäten von Reverser Transkriptase (RT), RNase H und Polymerase in doppelsträngige DNA umgeschrieben, welche dann in Assoziation mit dem Präintegrationskomplex in den Zellkern transportiert und als Provirusgenom in chromosomale DNA mittels viraler Integrase eingebaut wird. Nach Transkription und Translation werden Gag/Gag-Pol- Polyproteine sowie Hüllproteine an die Zellmembran transportiert, wo die Assemblierung von Virionen erfolgt. Nach Budding und Abschnürung reifen Viruspartikel durch proteolytische Prozessierung der Gag/Gag-Pol-Polyproteine (für Review siehe Martin, 1993).The replication cycle of HIV begins with the virus binding to various cell receptors,  among which the CD4 glycoprotein acts as the primary receptor. The virus enters through pH-independent membrane fusion, followed by the "uncoating" of the virus particles in the cytosol. The viral RNA genome is generated by means of enzymatic activities of reverse transcriptase (RT), RNase H and Polymerase rewritten into double-stranded DNA, which is then associated with the Pre-integration complex transported into the cell nucleus and as a provirus genome in chromosomal DNA is incorporated by means of viral integrase. After transcription and translation, Gag / Gag-Pol- Polyproteins as well as coat proteins are transported to the cell membrane, where the assembly of virions he follows. After budding and constriction, virus particles mature through proteolytic processing of the Gag / Gag-Pol polyproteins (for review see Martin, 1993).

1.1.3. Bedeutung akzessorischer Virusgenprodukte im Replikationszyklus von HIV-11.1.3. Importance of accessory viral gene products in the replication cycle of HIV-1

Zusätzlich zu den Prototyp-Retrovirusgenen gag, pol und env kodiert HIV-1 weitere Gene: tat und rev sind essentiell für Virusreplikation; Tat ist der Haupttransaktivator des Viruspromoters (Dayton et al., 1986; Fisher et al., 1986) und Rev übt posttranskriptionelle Funktionen aus, indem es den Transport von nicht gespleißter gag/pol sowie einfach gespleißter vif, vpr und vpu/env mRNAs aus dem Zellkern in das Zytoplasma reguliert (Malim et al., 1989; für Review siehe Martin, 1993 und Trono, 1995). Dagegen sind nef, vif, vpr und vpu für die Virusreplikation in Zellkultur nicht unbedingt erforderlich und werden daher gewöhnlich als "akzessorische" Gene bezeichnet. Obwohl in den vergangenen Jahren die akzessorischen Gene von HIV-1 intensiv untersucht wurden, ist das Wissen über deren molekulare Mechanismen nur lückenhaft. Kontrovers zu der extrem hohen Mutations- und der dadurch bedingten hohen Evolutionsrate von Retroviren (insbesondere für HIV) steht die Beobachtung, daß Deletionen dieser akzessorischen Gene nur subtile Veränderungen des Phänotyps in Zellkulturen hervorrufen und in der Regel die Replikation solcher Mutanten in vitro nicht wesentlich beeinträchtigen. Tatsächlich mehren sich jedoch Hinweise in der Literatur, wonach diese Proteine die Infektionsausbreitung und die Krankheitsprogression einzelner Viren in vivo wesentlich bestimmen. Weiterhin haben Experimente in vitro gezeigt, daß einzelne dieser akzessorischen Proteine in bestimmten Zellkulturen, insbesondere in kultivierten primären humanen Monozyten/Makrophagen, eine essentielle Funktion für die Virusreplikation ausüben.In addition to the prototype retrovirus genes gag, pol and env, HIV-1 encodes other genes: tat and rev are essential for virus replication; Tat is the main transactivator of the virus promoter (Dayton et al., 1986; Fisher et al., 1986) and Rev performs post-transcriptional functions by transporting non-spliced gag / pol as well as single spliced vif, vpr and vpu / env mRNAs from the cell nucleus in regulates the cytoplasm (Malim et al., 1989; for review see Martin, 1993 and Trono, 1995). In contrast, nef, vif, vpr and vpu are not absolutely necessary for virus replication in cell culture and are therefore commonly referred to as "accessory" genes. Although in the past few years The accessory genes of HIV-1 have been studied intensively, the knowledge of their molecular ones Mechanisms only incomplete. Controversial about the extremely high mutation and the resulting high evolutionary rate of retroviruses (especially for HIV) is the observation that deletions of these accessory genes only cause subtle changes in the phenotype in cell cultures and usually do not significantly affect replication of such mutants in vitro. Indeed However, there are increasing indications in the literature that these proteins spread the infection and Determine disease progression of individual viruses in vivo significantly. Furthermore, experiments in demonstrated in vitro that individual of these accessory proteins in certain cell cultures, especially in cultured primary human monocytes / macrophages, an essential function for the Exercise virus replication.

1.1.4. Das akzessorische Regulatorprotein Vpr1.1.4. The accessory regulatory protein Vpr

Das Gen vpr wurde erstmals 1987 als ein kleiner offener Leserahmen im Genom des Humanen Immundefizienzvirus Typ 1 (HIV-1) beschrieben und mit dem Buchstaben "R" bezeichnet (Wong-Staal et al., 1987). Das entsprechende Genprodukt, das etwa 15 kDa große Vpr-Protein, ist immunogen und induziert in der Mehrheit aller HIV-1-Infizierten anti-Vpr-Seroantikörper (Wong-Staal et al., 1987). Das vpr Gen ist unter allen bekannten Isolaten von HIV-1 und HIV-2 wie auch den Affen- Immundefizienzviren (SIV) konserviert und wird daher auch als das Lentivirusprotein Vpr bezeichnet. Das 96 Aminosäure große Vpr-Protein von HIV-1 zeigt strukturelle und funktionelle Ähnlichkeiten zu dem für HIV-2 und SIV spezifischen akzessorischen Protein Vpx (Tristem et al., 1992). Es wird daher angenommen, daß Vpx durch Genduplikation von Vpr während der Evolution von HIV-2/SIV Viren entstanden ist.The vpr gene was first introduced in 1987 as a small open reading frame in the human genome Immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) described and designated with the letter "R" (Wong-Staal et al., 1987). The corresponding gene product, the approximately 15 kDa Vpr protein, is immunogenic and induces anti-Vpr sero antibodies in the majority of all HIV-1 infected (Wong-Staal et al., 1987). The vpr gene is among all known isolates of HIV-1 and HIV-2 as well as the monkey Immunodeficiency Virus (SIV) conserves and is therefore also called the lentivirus protein Vpr. The 96 amino acid Vpr protein of HIV-1 shows structural and functional similarities  the accessory protein Vpx specific for HIV-2 and SIV (Tristem et al., 1992). It will therefore believed that Vpx was caused by gene duplication of Vpr during the evolution of HIV-2 / SIV viruses arose.

Vpr besitzt diverse biologische Aktivitäten wie zum Beispiel: Oligomerisierung, Lokalisation im und Transport des viralen Präintegrationskomplex/es zum Zellkern, Transkriptionsaktivierung von HIV-1 und heterologen Viruspromotoren, Induktion von Zelldifferenzierung und Zellzyklusarrest, Bindung und Wechselwirkung mit verschiedenen zellulären Proteinen, insbesondere dem Glucocorticoidrezeptor (GR) und Verstärkung der Wirkung von Steroidhormonen (zusammengefaßt in Emerman, 1996 und Levy et al., 1994).Vpr has various biological activities such as: oligomerization, localization in and Transport of the viral pre-integration complex to the cell nucleus, transcription activation of HIV-1 and heterologous virus promoters, induction of cell differentiation and cell cycle arrest, binding and interaction with various cellular proteins, particularly the glucocorticoid receptor (GR) and enhancement of the effects of steroid hormones (summarized in Emerman, 1996 and Levy et al., 1994).

1.2. Analyse der biologischen Funktionen von Vpr1.2. Analysis of the biological functions of Vpr 1.2.1. Bedeutung von Vpr in vivo für die Pathogenese von HIV-Infektionen1.2.1. Importance of Vpr in vivo for the pathogenesis of HIV infections

Studien im Tiermodell zeigten an einem Beispiel, daß Vpr für die Entwicklung von AIDS-ähnlichen Symptomen in SIV-infizierten Rhesusaffen erforderlich ist, beziehungsweise daß Punktmutationen im vpr Gen im Verlauf der Infektionsausbreitung in vivo zu funktionellem Vpr revertieren (Lang et al., 1993). Anderseits haben ähnliche Untersuchungen erbracht, daß AIDS in SIVmac239-infizierten Rhesusaffen unabhängig der Expression von Vpr und Vpx auftrat (Gibbs et al., 1995). Aufgrund der Annahme, daß Vpx von HIV-2 und SIV durch Genduplikation von Vpr in der Evolution der Primaten Lentiviren entstand (Tristem et al., 1992), wäre es möglich, daß Vpx die Funktion von Vpr komplementieren könnte. Tatsächlich verhindern die Doppelmutationen in vpx und vpr von SIVmac239 die AIDS-Progression (Gibbs et al., 1995).Animal model studies showed, for example, that Vpr is necessary for the development of AIDS-like symptoms in SIV-infected rhesus monkeys, or that point mutations in the vpr gene revert to functional Vpr in vivo as the infection spreads (Lang et al., 1993) . On the other hand, similar studies have shown that AIDS occurred in SIV mac 239-infected rhesus monkeys regardless of the expression of Vpr and Vpx (Gibbs et al., 1995). Given that Vpx of HIV-2 and SIV was caused by gene duplication of Vpr in the evolution of primitive lentiviruses (Tristem et al., 1992), it would be possible that Vpx could complement the function of Vpr. In fact, the double mutations in vpx and vpr of SIV mac 239 prevent AIDS progression (Gibbs et al., 1995).

Ähnliche Anhaltspunkte für eine Funktion von Vpr in vivo erbrachten molekulare und phylogenetische Untersuchungen des vpr Gens von HIV-1-Isolaten, gewonnen aus Langzeit-Überlebenden ("long-term survivor") Probanden, welche mehr als 13 Jahre ohne das Auftreten von AIDS-ähnlichen Erkrankungen und mit stabilem CD4+ T-Zell Level überlebten (Wang et al., 1996). Ein Großteil der vpr Gene zeigte Mutationen, insbesondere innerhalb des den C-Terminus kodierenden Bereiches. Diese basische Region von Vpr soll für den durch Vpr induzierten G2-Zellzyklusarrest verantwortlich sein (Di Mario et al., 1995). Im Unterschied dazu wurden keine Mutationen in der Vergleichsgruppe von AIDS-Patienten ermittelt.Similar evidence for a function of Vpr in vivo has been provided by molecular and phylogenetic studies of the vpr gene from HIV-1 isolates, obtained from long-term survivor subjects who lived more than 13 years without the occurrence of AIDS similar diseases and with a stable CD4 + T cell level survived (Wang et al., 1996). Most of the vpr genes showed mutations, especially within the C-terminus coding region. This basic region of Vpr is said to be responsible for Vpr-induced G2 cell cycle arrest (Di Mario et al., 1995). In contrast, no mutations were found in the comparison group of AIDS patients.

1.2.2. Vpr unterstützt die Virusreplikation in vitro1.2.2. Vpr supports virus replication in vitro

Vpr ist das einzige akzessorische Protein, welches in signifikanten Mengen und durch einen spezifischen Mechanismus aktiv in Viruspartikel eingebaut wird (Cohen et al., 1990a, b; Yu et al., 1990). Diese Tatsache führte zu der Vermutung, daß die Wirkung von Vpr frühzeitig im HIV Replikationszyklus erfolgt, unmittelbar nach Membranfusion und "uncoating" des eindringenden Viruspartikels. Begründet ist diese Annahme weiterhin durch die Tatsache, daß Vpr im Viruspartikel offensichtlich keinen Einfluß auf die Morphologie und die Infektiosität von HIV-Virionen ausübt. Vpr is the only accessory protein that is available in significant amounts and through a specific mechanism is actively incorporated into virus particles (Cohen et al., 1990a, b; Yu et al., 1990). This fact led to the presumption that the effects of Vpr early in HIV Replication cycle takes place immediately after membrane fusion and "uncoating" the penetrating Virus particle. This assumption is based on the fact that Vpr is in the virus particle apparently has no influence on the morphology and infectivity of HIV virions.  

Tatsächlich haben in vitro Studien gezeigt, daß Mutationen in vpr die Virusreplikation und die Zytopathogenität von HIV-1, HIV-2 und SIV in primären CD4+ T-Lymphozyten und transformierten T- Zellinien reduzieren (Ogawa et al., 1989; Shibata et al., 1990a, b; Westerwelt et al., 1992). Es liegen sogar einzelne Berichte vor, die darauf hinweisen, daß Mutationen in vpr von HIV-2 die Infektion von primären Monozyten/Makrophagen vollständig verhindern können (Hattori et al., 1990).Indeed, in vitro studies have shown that mutations in vpr reduce virus replication and cytopathogenicity of HIV-1, HIV-2 and SIV in primary CD4 + T lymphocytes and transformed T cell lines (Ogawa et al., 1989; Shibata et al ., 1990a, b; Westerwelt et al., 1992). There are even individual reports that indicate that mutations in vpr of HIV-2 can completely prevent infection of primary monocytes / macrophages (Hattori et al., 1990).

Andere Studien über eine mögliche Anwendung von "anti-Vpr-Drogen" zeigten, daß vpr spezifische antisense Konstrukte, welche Phosphorothioat Deoxynucleotide enthalten, die HIV-1-Virusreplikation in Makrophagen unterdrücken können (Balotta et al., 1993).Other studies on a possible use of "anti-Vpr drugs" have shown that vpr is specific antisense constructs containing phosphorothioate deoxynucleotides, HIV-1 virus replication in macrophages (Balotta et al., 1993).

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß Vpr nicht essentiell für die Virusreplikation in den meisten etablierten permanenten CD4+ T-Zellinien ist. Weiterhin hat Vpr nur einen geringen oder gar keinen Effekt auf die HIV-Infektion von aktivierten, sich schnell teilenden peripheren Blutlymphozyten ("peripheral blood mononuclear cells, PBMC") (Dedera et al., 1989). Jedoch unterstützt und/oder ermöglicht Vpr die Virusreplikation in ausdifferenzierten, sich nicht mehr teilenden primären humanen Monozyten/Makrophagen (Bukrinsky et al., 1993; Heinzinger et al., 1994; Westervelt et al., 1992; Hattori et al., 1990; Connor et al., 1995). Diese Tatsache wird dadurch begründet, daß Vpr für den Import des viralen Präintegrationskomplexes in den Zellkern von sich nicht mehr teilenden Zellen notwendig ist und dadurch HIV unabhängig von der Zellmitose ausdifferenzierte Zellen infizieren kann (Heinzinger et al., 1994; Fletcher et al., 1996).In summary, it can be said that Vpr is not essential for virus replication in most established permanent CD4 + T cell lines. Furthermore, Vpr has little or no effect on HIV infection of activated, rapidly dividing peripheral blood lymphocytes ("peripheral blood mononuclear cells, PBMC") (Dedera et al., 1989). However, Vpr supports and / or enables virus replication in differentiated, no longer dividing primary human monocytes / macrophages (Bukrinsky et al., 1993; Heinzinger et al., 1994; Westervelt et al., 1992; Hattori et al., 1990; Connor et al., 1995). This fact is justified by the fact that Vpr is necessary for the import of the viral pre-integration complex into the cell nucleus of cells that no longer divide and can thus infect HIV differentiated cells independently of cell mitosis (Heinzinger et al., 1994; Fletcher et al., 1996 ).

1.2.3. Vpr induziert Zelldifferenzierung und Zellzyklusarrest1.2.3. Vpr induces cell differentiation and cell cycle arrest

Erste Untersuchungen zu diesem Thema zeigten, daß Vpr unabhängig von anderen viralen Faktoren in Tumorzellinien Zellwachstum und Zellzyklus sowie terminale Differenzierungsprozesse beeinflußt (Levy et al., 1993). Nachfolgende Studien klärten, daß Vpr die Proliferation von mit HIV-1 infizierten Zellen durch Blockade des Zellzyklus in der G2-Phase stört (Di Marzio et al., 1995; He et al., 1995; Re et al., 1995; Rogel et al., 1995). Der Arrest im Übergang von G2 zur mitotischen (M)-Phase unmittelbar nach Duplikation der chomosomalen DNA resultiert allgemein im Zellwachstumsstop und Apoptose. Dieses Phänomen kann die allgemeine Beobachtung erklären, daß vpr+ Viren generell keine chronische Infektion in T-Zellen etablieren können, während vpr-defiziente Viren Lang-Zeit-Kulturen von chronisch infizierten Zellen ermöglichen (Rogel et al., 1995). Vpr selbst hat keinen Effekt auf die zytopathischen Prozesse einer akuten HIV-Infektion.Initial studies on this topic showed that Vpr influences cell growth and cell cycle as well as terminal differentiation processes independently of other viral factors in tumor cell lines (Levy et al., 1993). Subsequent studies clarified that Vpr interferes with the proliferation of cells infected with HIV-1 by blocking the cell cycle in the G2 phase (Di Marzio et al., 1995; He et al., 1995; Re et al., 1995; Rogel et al., 1995). The arrest in the transition from G2 to the mitotic (M) phase immediately after duplication of the chomosomal DNA generally results in cell growth arrest and apoptosis. This phenomenon can explain the general observation that vpr + viruses generally cannot establish a chronic infection in T cells, whereas vpr-deficient viruses enable long-term cultures of chronically infected cells (Rogel et al., 1995). Vpr itself has no effect on the cytopathic processes of an acute HIV infection.

Es wird angenommen, daß der durch Vpr induzierte Zellzyklusarrest einen generellen zellulären Pathway involviert, da dieses Phänomen nicht nur in humanen Zellinien, sondern auch in nicht­ humanen Primatenzellen und in primitiven Eukaryoten wie zum Beispiel Hefen auftritt (Planelles et al., 1996; Zhao et al., 1996; Stivahtis et al., 1997).Vpr-induced cell cycle arrest is believed to be a general cellular Pathway is involved, as this phenomenon occurs not only in human cell lines, but also in not human primate cells and in primitive eukaryotes such as yeast (Planelles et al., 1996; Zhao et al., 1996; Stivahtis et al., 1997).

Der Effekt von Vpr auf Zellteilung und Zelldifferenzierung kann ebenfalls durch lösliches, extrazelluläres Vpr ausgelöst werden. In diesem Zusammenhang ist bemerkenswert, daß Vpr in Konzentrationen von bis zu 10 ng/ml im Serum wie auch im zerebalen Spinalliquor von HIV-Infizierten auftritt (Levy et al., 1994). Solcherart "Serum-Vpr" vermag - isoliert aus peripherem Blutt HIV-1- infizierter Probanden - eine latente HIV-1-Expression in T-Zellinien wie auch in kultivierten PBMC zu aktivieren. Diese Beobachtung führte zu der Vermutung, daß Vpr die Latenz von HIV in vivo reguliert. Tatsächlich korreliert der Spiegel von Serum-Vpr mit dem Grad der p24-Antigenämie sowie der Krankheitsprogression einzelner Infizierter (Levy et al., 1995). Die Präsenz von löslichem Serum-Vpr im peripheren Blut sowie in Spinalliquor HIV-Infizierter wird durch die Lyse sowie durch die immunologische Desintegration von Viruspartikeln erklärt. Es wird angenommen, daß Serum-Vpr zu den bekannten pathologischen Erscheinungen im Zusammenhang mit einer HIV-Infektion beiträgt, einschließlich CD4+ T-Zellverlust und neurologischen Symptomen. Ähnlich der Wirkung von Serum- Vpr kann ebenfalls rekombinantes, in Insektenzellen hergestelltes Vpr in Konzentrationen von 0.1 bis 10 ng/ml die Virusreplikation in akut wie auch latent infizierten Zellinien und primären Zellen stimulieren und dadurch den Defekt von vpr-defizienten Viren in trans komplementieren (Levy et al., 1995).The effect of Vpr on cell division and differentiation can also be triggered by soluble, extracellular Vpr. In this context, it is noteworthy that Vpr occurs in concentrations of up to 10 ng / ml in the serum as well as in the cerebal spinal liquor of HIV-infected people (Levy et al., 1994). Such a "serum Vpr" can - isolated from peripheral blood of HIV-1 infected subjects - activate latent HIV-1 expression in T cell lines as well as in cultured PBMC. This observation suggested that Vpr regulates HIV latency in vivo. In fact, the level of serum Vpr correlates with the level of p24 antigenemia and the disease progression of individual infected people (Levy et al., 1995). The presence of soluble serum Vpr in peripheral blood and in spinal liquor of HIV-infected people is explained by lysis and by the immunological disintegration of virus particles. Serum Vpr is believed to contribute to the known pathologies associated with HIV infection, including CD4 + T cell loss and neurological symptoms. Similar to the effect of serum Vpr, recombinant Vpr produced in insect cells in concentrations of 0.1 to 10 ng / ml can stimulate virus replication in acutely as well as latently infected cell lines and primary cells and thereby complement the defect of vpr-deficient viruses in trans ( Levy et al., 1995).

1.2.4. Nuklearer Transport und Funktion(en) von Vpr im Zellkern1.2.4. Nuclear transport and function (s) of Vpr in the cell nucleus

Die für Lentiviren spezifische Fähigkeit der Virusreplikation in sich nicht mehr teilenden Zellen, wie zum Beispiel ausdifferenzierten Makrophagen, hängt im Wesentlichen von dem Transport des viralen Genoms im Verbund des Präintegrationskomplexes in den Zellkern ab, ein Prozeß, der unabhängig vom Aufbruch der Kernmembran im Verlauf der Mitose erfolgt. Bestandteil des HIV- Präintegrationskomplexes sind virale Nukleinsäuren, Enzyme wie Integrase und Reverse Transkriptase, das Nukleokapsidprotein NCp7, das Matrixprotein p17MA sowie Vpr. Bisher sind die Mechanismen ungeklärt, welche den nuklearen Transport von Vpr regulieren, insbesondere da Vpr über keines der bekannten "nuclear lokalization signals" (NLSs) verfügt. Ebenfalls sind die biologische Bedeutung der Bindung von Vpr mit dem Glucocorticoidrezeptor Typ II (GR-II) (Refaeli et al., 1995) sowie die Mechanismen des Vpr induzierten G2-Arrestes noch unverstanden. Weiterhin bleibt zu klären, ob die unspezifische Aktivierung von HIV-1 und anderer viraler Promotoren von HTLV-1, EBV und CMV (Cohen et al., 1990) für diese Funktionen von Vpr im Zellkern von Bedeutung sind. Neuere Untersuchungen haben ergeben, daß ein 20 Aminosäure langes Peptid aus der negativ geladenen N- terminalen Domäne von Vpr ausreichend ist, um den Transport von Rinderserumalbumin in den Zellkern zu bewirken (Karni et al., 1998).The ability of virus replication in non-dividing cells, such as differentiated macrophages, which is specific for lentiviruses essentially depends on the transport of the viral genome in conjunction with the pre-integration complex into the cell nucleus, a process which takes place independently of the breakup of the nuclear membrane during the course of the Mitosis occurs. Part of the HIV pre-integration complex are viral nucleic acids, enzymes such as integrase and reverse transcriptase, the nucleocapsid protein NCp7, the matrix protein p17 MA and Vpr. So far, the mechanisms that regulate the nuclear transport of Vpr have not been clarified, especially since Vpr does not have any of the known nuclear localization signals (NLSs). The biological significance of the binding of Vpr with the glucocorticoid receptor type II (GR-II) (Refaeli et al., 1995) and the mechanisms of Vpr-induced G2 arrest are still not understood. It remains to be clarified whether the non-specific activation of HIV-1 and other viral promoters of HTLV-1, EBV and CMV (Cohen et al., 1990) are important for these functions of Vpr in the cell nucleus. Recent studies have shown that a 20 amino acid long peptide from the negatively charged N-terminal domain of Vpr is sufficient to effect the transport of bovine serum albumin into the cell nucleus (Karni et al., 1998).

Im Zellkern sollen Komplexe, bestehend aus Vpr und NCp7, die Phosphatase 2A0 aktivieren und dadurch G2-Arrest auslösen (Tung et al., 1998). Die Proteinphosphatase 2A0 fungiert als ein Inhibitor im Übergang von GO- zur M-Phase im Prozeß der Zellteilung und beeinflußt darüber hinaus verschiedene andere zelluläre Prozesse.In the cell nucleus, complexes consisting of Vpr and NCp7 should activate phosphatase 2A 0 and thereby trigger G2 arrest (Tung et al., 1998). The protein phosphatase 2A 0 acts as an inhibitor in the transition from G O to the M phase in the process of cell division and also influences various other cellular processes.

1.2.5. Interaktion von Vpr mit zellulären Faktoren1.2.5. Interaction of Vpr with cellular factors

Da Vpr als Bestandteil des Präintegrationskomplexes elementare Prozesse der Zelle im Interesse der Virusreplikation beeinflußt, war anzunehmen, daß dazu Vpr spezifische Verbindungen mit zellulären Faktoren eingehen sollte. Tatsächlich wurde eine Wechselwirkung von Vpr mit einem ca. 200 kDa großen Protein sowie mit einem 41 kDa zellulären Protein als Komplex mit dem humanen Glucocorticoidrezeptor Typ II (GR-II) beobachtet (Zhao et al., 1994; Refaeli et al., 1995). Weiterhin unterdrückt Vpr die T-Zellrezeptor-vermittelte Apoptose und T-Zellaktivierung (Aktivierung von Lymphokinexpression IL-2, IL-10, IL-12, TNF-alpha und IL-4) durch Beeinflussung von NF-kB Aktivität (Ayyavoo et al., 1997). In der gleichen Studie wurde gezeigt, daß sowohl Vpr als auch Glucocorticoide wie Dexamethasone und Hydrocortison die Zellteilung gleichermaßen blockieren, während der GR-Antagonist RU 486 die Vpr-Wirkung wieder aufhob. Diese (Ayyavoo et al., 1997) und andere Studien (Rafaeli et al., 1995) unterstützen die Hypothese, daß der Vpr-vermittelte G2-Arrest ganz oder teilweise über den GR-vermittelten Pathway erfolgt.Since Vpr as a component of the pre-integration complex influences elementary processes of the cell in the interest of virus replication, it could be assumed that Vpr should make specific connections with cellular factors. In fact, an interaction of Vpr with an approximately 200 kDa protein and with a 41 kDa cellular protein as a complex with the human glucocorticoid receptor type II (GR-II) was observed (Zhao et al., 1994; Refaeli et al., 1995) . Vpr also suppresses T cell receptor-mediated apoptosis and T cell activation (activation of lymphokine expression IL-2, IL-10, IL-12, TNF-alpha and IL-4) by influencing NF- k B activity (Ayyavoo et al ., 1997). In the same study, it was shown that both Vpr and glucocorticoids such as dexamethasone and hydrocortisone block cell division equally, while the GR antagonist RU 486 canceled the Vpr effect. These (Ayyavoo et al., 1997) and other studies (Rafaeli et al., 1995) support the hypothesis that the Vpr-mediated G2 arrest takes place in whole or in part via the GR-mediated pathway.

Weiterhin soll Vpr mit der zweiten UBA (ubiquitin associated) Domäne des humanen DNA- Reparaturproteins HHR23A eine spezifische Wechselwirkung eingehen, welche eine drei-helix- Bündelstruktur bildet (Diekmann et al., 1998). Diese Wechselwirkung wiederum unterstützt den Vpr- induzierten G2 Zellzyklusarrest (Withers-Ward et al., 1997). Jedoch steht ein direkter Beweis für die Interaktion zwischen UBA und Vpr als auch für die Domäne in Vpr noch aus, welche an die 45 Aminosäure langen UBA Domäne bindet.Furthermore, Vpr with the second UBA (ubiquitin associated) domain of human DNA Repair protein HHR23A enter into a specific interaction, which is a three-helix Bundle structure forms (Diekmann et al., 1998). This interaction in turn supports the Vpr- induced G2 cell cycle arrest (Withers-Ward et al., 1997). However, there is direct evidence for that Interaction between UBA and Vpr as well as for the domain in Vpr, which is around 45 Amino acid long UBA domain binds.

1.2.6. Vpr reguliert die Wirkung von Glucocorticoid-Hormonen1.2.6. Vpr regulates the effects of glucocorticoid hormones

Vpr tritt in direkte Wechselwirkung mit dem Glucocorticoidrezeptor sowie verschiedenen Transkriptionsfaktoren und kann dadurch, sozusagen als Co-Aktivator, die Wirkung von Glucocorticoiden in verschiedenen Zellinien erhöhen (Kino et al., 1999). Es ist bekannt, daß Vpr ein LXXLL Motiv enthält, wie dieses ebenfalls in nuklearen Hormonrezeptoren auftritt. Steroidhormonrezeptor-Antagonisten, wie zum Beispiel RU 486, können die Aktivator-Funktion von Vpr wieder aufheben. Es wird angenommen, daß die Wirkung von Vpr als Glucocorticoid-Coaktivator zu einer erhöhten Glucocorticoid-Sensitivität und dadurch zur Pathogenese von AIDS beiträgt.Vpr interacts directly with the glucocorticoid receptor as well as various Transcription factors and can, as a co-activator, the effect of Increase glucocorticoids in different cell lines (Kino et al., 1999). It is known that Vpr is a LXXLL Motif contains how this also occurs in nuclear hormone receptors. Steroid hormone receptor antagonists, such as RU 486, can activate the activator function of Cancel Vpr again. It is believed that Vpr acts as a glucocorticoid coactivator contributes to increased glucocorticoid sensitivity and thereby to the pathogenesis of AIDS.

1.2.7. Einbau von Vpr in Viruspartikel1.2.7. Incorporation of Vpr into virus particles

Außer Nef und Vif, welche in geringer Molekülzahl eingebaut werden, ist Vpr das einzige akzessorische HIV-Protein, welches in signifikanten Mengen selektiv via direkter Wechselwirkung von Vpr mit der p6gag Domäne des Gag-Polyprotein-Präkursors Pr55 und unabhängig von anderen viralen Faktoren im Prozeß der Virusassemblierung in reifende Virionen eingebaut wird (Cohen et al., 1990; Paxton et al., 1993; Lavallee et al., 1994; Kondo et al., 1995; Lu et al., 1995; Kondo und Göttlinger, 1996). Die Bereiche von Vpr, welche für den Viruseinbau erforderlich sind, wurden bisher kontrovers definiert: Sowohl die N-terminale Region (Yao et al., 1995; Mahalingam et al.; 1995, Lavallee et al., 1994; Kondo et al., 1995; Lu et al., 1995) als auch C-terminale Bereiche (Paxton et al., 1993) wurden dafür verantwortlich gemacht. Innerhalb von p6gag sind die Positionen 36-42 für diese Funktion notwendig. Eine andere Schule ist dagegen der Auffassung, daß der Viruseinbau von Vpr durch Wechselwirkung von Vpr mit der NCp7 Domäne innerhalb des Pr55 Gag-Präkursors erfolgt, eine Aktivität, welche die Zink-Finger Region in NCp7 sowie die C-terminalen 16 Aminosäuren in Vpr erfordert (Rocquigny et al., 1997).In addition to Nef and Vif, which are incorporated in a small number of molecules, Vpr is the only accessory HIV protein that selectively acts in significant amounts selectively via direct interaction of Vpr with the p6 gag domain of the Gag polyprotein precursor Pr55 and independently of other viral factors in the Process of virus assembly is incorporated into maturing virions (Cohen et al., 1990; Paxton et al., 1993; Lavallee et al., 1994; Kondo et al., 1995; Lu et al., 1995; Kondo and Göttlinger, 1996) . The areas of Vpr that are required for virus incorporation have been controversially defined: both the N-terminal region (Yao et al., 1995; Mahalingam et al .; 1995, Lavallee et al., 1994; Kondo et al., 1995; Lu et al., 1995) and C-terminal regions (Paxton et al., 1993) were held responsible for this. Positions 36-42 are required for this function within p6gag. Another school, on the other hand, believes that Vpr virus incorporation occurs through interaction of Vpr with the NCp7 domain within the Pr55 gag precursor, an activity that requires the zinc finger region in NCp7 and the C-terminal 16 amino acids in Vpr (Rocquigny et al., 1997).

1.3. Biochemische und strukturelle Charakterisierung von Vpr1.3. Biochemical and structural characterization of Vpr

Die bislang einzige in vitro charakterisierte biochemische Aktivität von Vpr ist die eines Kationen­ selektiven Ionenkanals (Piller et al., 1996). Diese Arbeiten basieren auf der Annahme, daß die C- terminale Helix (Positionen 46 bis 71), welche Ähnlichkeiten zu der Bienengift-Komponente Melittin besitzt, als Transmembrananker eine Membranpore ausbildet. Tatsächlich konnte rekombinantes, in E. coli exprimiertes Vpr in künstlichen planaren Lipidbilayern rekonstituiert werden. Dadurch wurde eine durch das Membranpotential regulierbare Ionenkanalaktivität ermittelt, deren Regulierbarkeit von der basischen C-terminalen Region abhängt, welche mit der negativ geladenen zytoplasmatischen Seite der Zellmembran in Wechselwirkung treten soll.The only biochemical activity of Vpr characterized in vitro so far is that of a cation selective ion channel (Piller et al., 1996). This work is based on the assumption that the C- terminal helix (positions 46 to 71), which are similar to the bee venom component melittin owns, forms a membrane pore as a transmembrane anchor. In fact, recombinant, in E. coli-expressed Vpr can be reconstituted in artificial planar lipid bilayers. This made one ion channel activity which can be regulated by the membrane potential, the controllability of which is determined by the basic C-terminal region, which corresponds to the negatively charged cytoplasmic side of the Cell membrane should interact.

Es liegen Hinweise für Homooligomerisierung von Vpr vor: Ein rekombinantes Vpr-Fusionsprotein bildet oligomere Strukturen mit Molekulargewichten von < 100 kDa (Zhao et al., 1994), eine Beobachtung, die bisher an viralen Vpr nicht bestätigt werden konnte.There is evidence of homooligomerization of Vpr: a recombinant Vpr fusion protein forms oligomeric structures with molecular weights of <100 kDa (Zhao et al., 1994) Observation that has so far not been confirmed on viral Vpr.

Untersuchungen zur molekularen Struktur von Vpr wurden bislang durch zwei Gruppen mittels Sekundärstruktur-Analysen an kurzen Vpr-Peptiden durchgeführt: NMR-Studien an überlappenden Peptiden in wässerigem Trifluorethanol (TFE) sowie in Sodiumdodecylsulfat (SDS)-Mizellen identifizierten alpha-helikale Regionen in den Vpr-Positionen 50-82. (Yao et al., 1998). Das Potential zur Helix-Bildung in der C-terminalen wie auch der N-terminalen Region von Vpr wurde zuvor von verschiedenen Autoren vorhergesagt (Mahalingam et al., 1995a, b; Yao et al., 1995; Wang et al. 1996). Neuere Studien mittels CD-Spektroskopie in TFE-haltigen Lösungen an 25 Aminosäure langen Peptiden (Luo et al., 1998) zeigten erste experimentelle Hinweise für die Existenz der N- und C- terminalen Helices in Vpr (Fig. 1). Die Lösungstruktur eines 45 Aminosäure langen Peptides Vpr52- 96 wurde unlängst in 30% TFE mittels 1H NMR bestimmt, dabei wurde eine amphipathische Helix in der Region 53 bis 78 definiert (Schüler et al., 1999).To date, studies on the molecular structure of Vpr have been carried out by two groups using secondary structure analyzes on short Vpr peptides: NMR studies on overlapping peptides in aqueous trifluoroethanol (TFE) and alpha-helical regions identified in sodium dodecyl sulfate (SDS) micelles in the Vpr - Positions 50-82. (Yao et al., 1998). The potential for helix formation in the C-terminal as well as the N-terminal region of Vpr has previously been predicted by various authors (Mahalingam et al., 1995a, b; Yao et al., 1995; Wang et al. 1996). Recent studies using CD spectroscopy in TFE-containing solutions on 25 amino acid long peptides (Luo et al., 1998) showed the first experimental evidence for the existence of the N- and C-terminal helices in Vpr ( Fig. 1). The solution structure of a 45 amino acid long peptide Vpr52-96 was recently determined in 30% TFE using 1H NMR, an amphipathic helix was defined in the region 53 to 78 (Schüler et al., 1999).

Zahlreiche und zum Teil in ihrer Aussage kontroverse Mutationsanalysen haben versucht, die verschiedenen Primär- und Sekundärstrukturen einzelnen biologischen Aktivitäten von Vpr zuzuordnen (Mahalingam et al., 1995a-d, 1997; Wang et al., 1996; Nie et al., 1998; Di Marzio et al., 1995). Das bisherige Modell der Struktur- und Funktionsdomänen von Vpr ist in der Fig. 1 zusammengefaßt.Numerous and partly controversial mutation analyzes have attempted to assign the different primary and secondary structures to individual biological activities of Vpr (Mahalingam et al., 1995a-d, 1997; Wang et al., 1996; Nie et al., 1998; Di Marzio et al., 1995). The previous model of the structural and functional domains of Vpr is summarized in FIG. 1.

1.4. Chemische Synthese von Vpr-Peptiden und deren biologische Wirkungen1.4. Chemical synthesis of Vpr peptides and their biological effects

Über die chemische Vollsynthese eines Vpr-Proteins wurde erstmals 1997 von Rocquigny und Mitarbeitern berichtet. Die Autoren beschrieben die Synthese eines 96 Aminosäuren langen Peptides, welches von dem Virusisolat HIV89.6 (Collman et al., 1992) abstammt. Rocquigny and co-workers first reported the full chemical synthesis of a Vpr protein in 1997. The authors described the synthesis of a 96 amino acid long peptide derived from the virus isolate HIV 89.6 (Collman et al., 1992).

Es werden keine Angaben über die Reinheit sowie die physikochemischen Eigenschaften des Vpr- Peptides gegeben. Es wird lediglich mittels der Far-Westernblot-Technik gezeigt, daß SDS denaturiertes Vpr-Peptid mit dem viralen Nukleoprotein NCp7 des gleichen HIV-Isolates in Wechselwirkung tritt, ein Befund, welcher von keinen der zahlreichen anderen auf dem Vpr-Gebiet arbeitenden Gruppen beobachtet wurde. Wesentlicher Nachteil dieser Vpr-Synthese ist die Tatsache, daß für dieses Peptid keine der bisher beschriebenen biologischen Aktivitäten durch die Autoren gezeigt wurde. Insbesondere wird beschrieben, daß dieses Vpr-Peptid nicht an p6Gag bindet, eine weithin akzeptierte Eigenschaft von Vpr (Paxton et al., 1993; Lavallee et al., 1994; Kondo et al., 1995; Lu et al., 1995; Kondo und Göttlinger, 1996). Darüber hinaus wird beschrieben, daß dieses Peptid keine Oligomere bildet, und es liegen Hinweise vor, daß dieses Peptid in rein wässerigem System unlöslich ist. Ebenfalls werden über die Ausbeute und die Synthesekapazität eines solchen Produktes keine Informationen erstellt. Von dem gleichen Labor wird in einer weiteren Studie (Roques et al., 1997) ein Modell der Vpr-NCp7 Wechselwirkung vorgestellt, welches auf Strukturanalysen an Teilsequenzen dieser Peptide basiert. Die Daten dazu werden jedoch in dieser Arbeit nicht näher beschrieben.No information is given on the purity or the physicochemical properties of the Vpr peptide. It is shown only by the Far Western blot technique that SDS denatured Vpr peptide interacts with the viral nucleoprotein NCp7 of the same HIV isolate, a finding that has not been observed by any of the numerous other groups working in the Vpr field . A major disadvantage of this Vpr synthesis is the fact that none of the biological activities described so far has been shown by the authors for this peptide. In particular, it is described that this Vpr peptide does not bind to p6 Gag , a widely accepted property of Vpr (Paxton et al., 1993; Lavallee et al., 1994; Kondo et al., 1995; Lu et al., 1995; Kondo and Göttlinger, 1996). In addition, it is described that this peptide does not form oligomers, and there are indications that this peptide is insoluble in a purely aqueous system. Likewise, no information is provided on the yield and the synthetic capacity of such a product. In a further study (Roques et al., 1997), the same laboratory presented a model of the Vpr-NCp7 interaction, which is based on structural analyzes of partial sequences of these peptides. However, the data on this are not described in detail in this work.

Teilsequenzen von Vpr (Positionen 50-75, 50-82 und 59-86) wurden für NMR-Studien an synthetischen Peptiden eingesetzt (Yao et al., 1998). Eine andere Gruppe hat zwei 25 Aminosäure lange Peptide aus den Bereichen der vorhergesagten alpha-helikalen Domänen in Vpr mittels CD-Spektroskopie untersucht (Luo et al., 1998). Kurze, ca. 20 Aminosäurereste lange Peptide der C-terminalen Region von Vpr, welche das Motiv "HF/SRIG" enthalten, haben in einer Konzentration von 0.7 bis 3 mM zytotoxische Wirkung gegenüber verschiedenen Hefe-Stämmen wie zum Beispiel Saccharomyces cerevisiae, Candida albicans und Schizosaccharomyces pombe (Macreadie et al., 1995, 1996, 1997). Erhöhte Konzentration von bivalenten Kationen, insbesondere Magnesium und Kalzium, verhindern die Aufnahme der Vpr-Peptide und dadurch deren toxischen Effekt. Weiterführende Studien zeigten, daß ein C-terminales Vpr-Peptid (Positionen 71-82) die Permeabilisierung, eine Reduktion des Mitochondrienmembranpotentials und letztendlich den Zelltod von CD4+ T-Zellen bewirkt (Macreadie et al., 1997). Schließlich wurden ähnliche toxische Effekte ebenfalls für Gesamt-Vpr demonstriert (Arunagiri et al., 1997). Dazu wurde das gleiche rekombinante GST-Vpr-Fusionsprotein eingesetzt, welches zuvor für Ionenkanalstudien an Vpr verwendet wurde (Piller et al., 1996). Jedoch berichten die Autoren von Problemen mit der Löslichkeit des rekombinanten Produktes in wässerigen Systemen.Partial sequences of Vpr (positions 50-75, 50-82 and 59-86) were used for NMR studies on synthetic peptides (Yao et al., 1998). Another group examined two 25 amino acid peptides from the areas of the predicted alpha-helical domains in Vpr using CD spectroscopy (Luo et al., 1998). Short, about 20 amino acid residues long peptides of the C-terminal region of Vpr, which contain the motif "H F / S RIG", have a concentration of 0.7 to 3 mM cytotoxic effect on various yeast strains such as, for example, Saccharomyces cerevisiae, Candida albicans and Schizosaccharomyces pombe (Macreadie et al., 1995, 1996, 1997). Increased concentrations of divalent cations, especially magnesium and calcium, prevent the uptake of the Vpr peptides and thereby their toxic effect. Further studies showed that a C-terminal Vpr peptide (positions 71-82) causes permeabilization, a reduction in the mitochondrial membrane potential and ultimately cell death of CD4 + T cells (Macreadie et al., 1997). Finally, similar toxic effects have also been demonstrated for total Vpr (Arunagiri et al., 1997). The same recombinant GST-Vpr fusion protein was used for this, which was previously used for ion channel studies on Vpr (Piller et al., 1996). However, the authors report problems with the solubility of the recombinant product in aqueous systems.

1.5. Expression und Aktivitäten von rekombinanten Vpr1.5. Expression and activities of recombinant Vpr 1.5.1. Expression von Vpr in Insektenzellen1.5.1. Expression of Vpr in insect cells

Rekombinantes Vpr des Isolates HIV-1NL4-3 wurde in Insektenzellen nach Infektion mit rekombinanten Baculoviren exprimiert (Levy et al., 1995). Die Reinigung des Produktes erfolgte lediglich durch Immunaffinitätschromatographie an immobilisiertem polyklonalen Antiserum, welches gegen die N- terminale Domäne von Vpr gerichtet war. Dazu wurden Zellkulturüberstände eingesetzt, da rekombinantes Vpr unspezifisch in das Kulturmedium sekretiert wird. Reinigungsstrategien für die Produktion größerer Mengen an rekombinantem Vpr wurden nicht beschrieben. In den meisten Fällen wurden von den Autoren Vpr-haltige Zellkulturüberstände für biologische Teste verwendet. Dabei konnte gezeigt werden, daß rekombinantes Vpr die Virusreplikation in PBMC und verschiedenen latent infizierten Monozyten- und T-Zellinien aktiviert. Wesentliche Nachteile dieses Verfahrens sind:
Recombinant Vpr of isolate HIV-1 NL4-3 was expressed in insect cells after infection with recombinant baculoviruses (Levy et al., 1995). The purification of the product was carried out only by immunoaffinity chromatography on immobilized polyclonal antiserum which was directed against the N-terminal domain of Vpr. Cell culture supernatants were used for this, since recombinant Vpr is secreted non-specifically into the culture medium. Purification strategies for the production of larger amounts of recombinant Vpr have not been described. In most cases, the authors used cell culture supernatants containing Vpr for biological tests. It was shown that recombinant Vpr activates virus replication in PBMC and various latently infected monocyte and T cell lines. The main disadvantages of this procedure are:

  • - geringe Ausbeute und keine Möglichkeit zur Herstellung von mg-Mengen an hochreinem Produkt;- low yield and no possibility of producing mg quantities of highly pure product;
  • - rekombinantes Vpr wurde im Prozeß der Affinitätsreinigung mit Detergentien versetzt, wodurch Dialyse und Renaturierung notwendig wurden;- Recombinant Vpr was mixed with detergents in the process of affinity purification, whereby Dialysis and renaturation became necessary;
  • - Studien zu einer möglichen posttranslationalen Modifizierung von Vpr in Insektenzellen wurden nicht beschrieben;- Studies on a possible post-translational modification of Vpr in insect cells have not been carried out described;
  • - die Wirkung von rekombinanten Vpr in HIV-infizierten primären Monozyten/Makrophagen wurde nicht getestet.- the effect of recombinant Vpr in HIV-infected primary monocytes / macrophages was not tested.
1.5.2. Expression von Vpr in Escherichia (E.) coli1.5.2. Expression of Vpr in Escherichia (E.) coli

Expression, Reinigung sowie biochemische Charakterisierung von rekombinantem Vpr wurden erstmals 1994 von Zhao und Mitarbeitern beschrieben. Dazu wurde die kodierende Sequenz des Vpr-Proteins des Isolates HIV-189.6 in E. coli als Fusionsprotein exprimiert. Zum Zweck der Reinigung und der Detektion wurde in diesem Verfahren C-terminal eine 25 Aminosäure lange Sequenz des heterologen FLAG- Epitopes fusioniert. Abgesehen von der Oligomerisierung wurden über biologische Aktivitäten des rekombinanten Produktes in dieser Arbeit keine Angaben gemacht. Wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist die Tatsache, daß Vpr nicht in seiner authentischen Sequenz, sondern als Fusionsprotein exprimiert wird.Expression, purification and biochemical characterization of recombinant Vpr were first described in 1994 by Zhao and co-workers. For this purpose, the coding sequence of the Vpr protein of the isolate HIV-1 89.6 was expressed in E. coli as a fusion protein. For the purpose of purification and detection, a 25 amino acid sequence of the heterologous FLAG epitope was fused C-terminally in this method. Apart from the oligomerization, no information was given on the biological activities of the recombinant product in this work. A major disadvantage of this method is the fact that Vpr is not expressed in its authentic sequence, but as a fusion protein.

In einem weiteren Verfahren wurde Vpr des Isolates HIV-1HXB-2 in E. coli als Glutathion S- Transferase(GST)-Fusionsprotein exprimiert (Piller et al., 1996). Nach einer Affinitätschromatographie an Glutathione-Agarose wurde Vpr durch Thrombin-Spaltung vom Fusionsanteil befreit. Wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist die Tatsache, daß Vpr nach Spaltung eine starke Tendenz zur Aggregation besitzt und nicht in wässeriger Lösung gehalten werden kann. So berichten zum Beispiel Arunagiri und Mitarbeiter (1997), daß mit diesen Verfahren hergestelltes rekombinantes Vpr nach Abspaltung des GST-Fusionsanteils unlöslich wurde und daher nur durch Beibehaltung des heterologen Fusionsanteil Vpr in wässerigen Systemen getestet werden konnte. (Literaturverzeichnis hinter den Ausführungsbeispielen).In a further method, Vpr of the isolate HIV-1 HXB-2 was expressed in E. coli as a glutathione S-transferase (GST) fusion protein (Piller et al., 1996). After affinity chromatography on glutathione agarose, Vpr was freed of the fusion portion by thrombin cleavage. A major disadvantage of this method is the fact that Vpr has a strong tendency to aggregate after cleavage and cannot be kept in aqueous solution. For example, Arunagiri and co-workers (1997) report that recombinant Vpr produced with these methods became insoluble after the GST fusion fraction had been split off and could therefore only be tested in aqueous systems by maintaining the heterologous fusion fraction. (Bibliography behind the examples).

1.5.3. Patentliteratur1.5.3. Patent literature

In der Patentanmeldung WO 95/26361 (Azad, A. A., Macreadie, I. G., Arunagiri, C., 1995) werden biologisch aktive Peptidfragmente des Vpr-Proteins von HIV beschrieben; pharmazeutische Verbindungen, welche diese Peptide oder biologisch aktive Analoga davon enthalten; Antagonisten der Vpr-Peptide sowie pharmazeutische Verbindungen, welche diese Vpr-Antagonisten enthalten. Die chemische Synthese von Gesamt-Vpr-Protein spielt darin keine Rolle. In patent application WO 95/26361 (Azad, A.A., Macreadie, I.G., Arunagiri, C., 1995) described biologically active peptide fragments of the Vpr protein of HIV; pharmaceutical Compounds containing these peptides or biologically active analogues thereof; Antagonists of the Vpr peptides and pharmaceutical compounds containing these Vpr antagonists. The chemical synthesis of total Vpr protein plays no role in this.  

Gegenstand der WO 96/07741 (Cohen, E.; Bergeron, D.; Checroune, F.; Yao, X.-J.; Pignac-Kobinger, G., 1996) sind chimere Moleküle, bestehend aus Vpr von HIV-1 und Vpx von HIV-2, welche spezifisch in HIV-1/HIV-2-Viruspartikel eingebaut werden können und dort die strukturelle Organisation und funktionelle Integrität von Virionen stören. Sie sind jedoch für den Einsatz zur Gentherapie von HIV- 1/HIV-2-Infektionen ausgeschlossen.Subject of WO 96/07741 (Cohen, E .; Bergeron, D .; Checroune, F .; Yao, X.-J .; Pignac-Kobinger, G., 1996) are chimeric molecules consisting of Vpr of HIV-1 and Vpx of HIV-2, which are specific can be built into HIV-1 / HIV-2 virus particles and there the structural organization and disrupt the functional integrity of virions. However, they are for use in gene therapy for HIV 1 / HIV-2 infections excluded.

In WO 96/08970 (Weiner, D. B.; Levy, D. N.; Refaeli, Y., 1996) werden Methoden zur Hemmung der Zellteilung und der Lymphozyten-Aktivierung unter Anwendung von Vpr-Proteinen, Fragmenten von Vpr oder Gensequenzen von Vpr genannt. Die chemische Synthese von Vpr-Proteinen spielt darin keine Rolle.WO 96/08970 (Weiner, D.B .; Levy, D.N .; Refaeli, Y., 1996) describes methods for inhibiting the Cell division and lymphocyte activation using Vpr proteins, fragments of Vpr or called gene sequences from Vpr. The chemical synthesis of Vpr proteins does not play any part in this Role.

Die Verwendung von vpr Genen im Screening-Assay für anti-HIV-Arzneimittel wird in den US- Patenten 5721104 und 5639619 beschrieben, zur Bestimmung von HIV-2 in US 5580739, ein Vpr- Rezeptor-Protein in US 5780238.The use of vpr genes in the screening assay for anti-HIV drugs is described in the U.S. Patents 5721104 and 5639619 for determining HIV-2 in US 5580739, a Vpr- Receptor protein in US 5780238.

Darlegung des Wesens der ErfindungState the nature of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, synthetische (s)Vpr-Proteine herzustellen, die biologische Wirksamkeit sowie die antigenen und physikochemischen Eigenschaften von sVpr-Proteinen zu demonstrieren und damit die Prinziplösung für deren Einsatz in vielfältigen Bereichen der HIV verwandten Grundlagenforschung, Therapie und Serodiagnose zu erstellen.The object of the present invention is to produce synthetic (s) Vpr proteins which are biological Efficacy as well as the antigenic and physicochemical properties of sVpr proteins demonstrate and thus the principle solution for their use in various areas of HIV to create related basic research, therapy and serodiagnosis.

Die Aufgabe wurde erstens durch die Totalsynthese von sVpr1-96 von HIV-1NL4-3 gelöst. Dieses Protein unterscheidet sich in 9 Aminosäure-Positionen von dem Protein, das zuvor von Rocquigny und Mitarbeitern (1997) beschrieben wurde. Somit besteht eine 10%-ige Divergenz zwischen den bereits beschriebenen (de Rocquigny et al., 1997) und dem mit der vorliegenden Erfindung erhaltenen Produkt, welches die Gesamt- und Teilsequenzen des Vpr-Proteins von HIV-1NL4-3 (Adachi et al., 1986) betrifft. Das Produkt ist neu, neben der Methode zu seiner Herstellung sowie seinen neuartigen, vorteilhaften Eigenschaften.The task was first solved by the total synthesis of sVpr1-96 from HIV-1 NL4-3 . This protein differs in 9 amino acid positions from the protein previously described by Rocquigny and co-workers (1997). There is thus a 10% divergence between those already described (de Rocquigny et al., 1997) and the product obtained with the present invention, which contains the total and partial sequences of the Vpr protein of HIV-1 NL4-3 (Adachi et al., 1986). The product is new, in addition to the method for its production and its novel, advantageous properties.

Die neuen sVpr-Proteine betreffen Gesamt- oder Teil-Sequenzen des regulatorischen HIV-Proteins Vpr. Diese Produkte zeichnen sich dadurch aus, daß sie in ihrer Sequenz bisher noch nicht beschrieben wurden, auf neuem Wege hergestellt werden, über einen hohen Reinheitsgrad verfügen, im großen Maßstab und mit ökonomisch vorteilhaften Ausbeuten hergestellt werden können sowie als Endprodukte des Herstellungsverfahren unter physiologischen Bedingungen löslich sind und keiner Proteinaggregation unterliegen.The new sVpr proteins affect all or part of the sequences of the regulatory HIV protein Vpr. These products are characterized in that their sequence has not yet been described were manufactured in a new way, have a high degree of purity, in large Scale and can be produced with economically advantageous yields as well End products of the manufacturing process are soluble under physiological conditions and none Subject to protein aggregation.

Es konnte gezeigt werden, daß derartige sVpr-Proteinen antigene, biologische und physikochemische Eigenschaften besitzen, die mit den viralen, in HIV-1-infizierten Zellen exprimiertem Vpr vergleichbar und/oder identisch sind. Insbesondere konnte gezeigt werden, daß sVpr-Proteine die Virusreplikation von verschiedenen HIV-1-Isolaten in primären humanen Zellen aktiviert und daß dabei vor allem die Aktivität von endogenem viralen Vpr komplementiert werden kann.It has been shown that such sVpr proteins are antigenic, biological and physicochemical Have properties comparable to the viral Vpr expressed in HIV-1 infected cells and / or are identical. In particular, it could be shown that sVpr proteins are virus replication activated by various HIV-1 isolates in primary human cells and that in particular the Activity of endogenous viral Vpr can be complemented.

Die erfindungsgemäßen sVpr-Proteine besitzen antigene Eigenschaften - ähnlich anderen viralen Vpr - und können deshalb für die Herstellung von hochreinen und Epitop-spezifschen Antikörpern verwendet werden. Dies zeigt sich durch Immunisierungsstudien mittels sVpr-Proteinen und nachfolgender Charakterisierung der dadurch gewonnenen Antikörper.The sVpr proteins according to the invention have antigenic properties - similar to other viral Vpr -  and can therefore be used for the production of high-purity and epitope-specific antibodies become. This is shown by immunization studies using sVpr proteins and later Characterization of the antibodies obtained in this way.

Überraschenderweise konnte festgestellt werden, daß die erfindungsgemäßen sVpr-Proteine eine natürliche Proteinfaltung annehmen, in physiologischen wässerigen Systemen lösbar sind und dadurch für die Aufklärung der atomaren und 3D-Struktur von Vpr mittels spektroskopischer Techniken wie CD (Circulardichroismus) und NMR (nuclear magnetic resonance)-Analysen wie auch mittels RKSA (Röntgenkristallstrukturanalyse)-Untersuchungen zugänglich sind.Surprisingly, it was found that the sVpr proteins according to the invention have a assume natural protein folding, are soluble in physiological aqueous systems and thereby for the elucidation of the atomic and 3D structure of Vpr using spectroscopic techniques such as CD (Circular dichroism) and NMR (nuclear magnetic resonance) analyzes as well as using RKSA (X-ray crystal structure analysis) investigations are accessible.

Die Prinzip-Lösung der Aufgabe wird am Beispiel des Peptides sVpr1-96 sowie Teilsequenzen davon demonstriert. Das Peptid sVpr1-96 umfaßt die authentische Aminosäuresequenz des nativen Vpr- Proteins, welches durch das vpr Gen des molekularen Isolates HIV-1NL4-3 kodiert wird. Derartige synthetische Vpr-Produkte wurden bisher nicht beschrieben.The principle solution of the task is demonstrated using the example of the peptide sVpr1-96 and partial sequences thereof. The peptide sVpr1-96 comprises the authentic amino acid sequence of the native Vpr protein, which is encoded by the vpr gene of the molecular isolate HIV-1 NL4-3 . Such synthetic Vpr products have not previously been described.

Zur Lösung der Aufgabe wird im Rahmen der Erfindung dargestellt, daß sVpr1-96 die Virusreplikation von verschiedenen T-Zell- und Makrophagen-tropen HIV-1 Viren in kultivierten humanen Blutlymphozyten aktivieren kann und dabei insbesondere in humanen Monozyten/Makrophagen den Verlust von viralen Vpr in vpr-defizienten HIV-1-Mutanten in trans komplementieren kann. Eine solche Aktivität wurde nur für ex vivo Vpr demonstriert und auch nur in HIV-1 infizierten permanenten T- Zellinien oder HIV-1 infizierten Kulturen von primären Lymphozyten. Die aktivierende Wirkung von Vpr wurde bisher noch nicht in isolierten Monozyten/Makrophagen demonstriert. Auch wurde noch nicht über eine aktivierende Wirkung von sVpr-Proteinen generell und spezifisch nicht für sVpr- Proteine des Isolates HIV-1NL4-3 berichtet. Im Rahmen der Lösung der Aufgabe wird am Beispiel von sVpr1-96 erstmals demonstriert, daß sVpr-Proteine die gleichen oder zumindest ähnliche Eigenschaften wie virales Vpr besitzen, auf jeden Fall biologisch aktiv in kultivierten primären Zellen sind und dadurch für alle anderen in der Erfindungsbeschreibung dargestellten Anwendungsmöglichkeiten von sVpr-Proteinen relevant sind.To achieve the object, it is shown within the scope of the invention that sVpr1-96 can activate the virus replication of various T-cell and macrophage-tropic HIV-1 viruses in cultured human blood lymphocytes and thereby in particular in human monocytes / macrophages the loss of viral Vpr in vpr-deficient HIV-1 mutants in trans can complement. Such activity was demonstrated only for ex vivo Vpr and only in HIV-1 infected permanent T cell lines or HIV-1 infected cultures of primary lymphocytes. The activating effect of Vpr has not yet been demonstrated in isolated monocytes / macrophages. An activating effect of sVpr proteins in general and specifically not for sVpr proteins of the isolate HIV-1 NL4-3 has also not yet been reported. As part of the solution to the problem, it is demonstrated for the first time using the example of sVpr1-96 that sVpr proteins have the same or at least similar properties as viral Vpr, are in any case biologically active in cultivated primary cells and are therefore shown for all others in the description of the invention Possible uses of sVpr proteins are relevant.

Die Aufgabe wird weiterhin durch den Nachweis gelöst, daß sVpr1-96 hervorragende antigene Eigenschaften besitzt und daher als Antigen für eine Immunisierung zum Zweck der Herstellung hochaffiner und spezifischer Antikörper gegen verschiedene Epitope von Vpr geeignet ist. Dadurch sind sVpr1-96 sowie Teilsequenzen davon für die Entwicklung eines Vpr-Antigen (Ag)-ELISA (enzyme linked immunoasorbent assay) geeignet. Das N-terminale Fragment sVpr1-47 sowie das C-terminale Fragment sVpr48-96 dienen dabei als spezifisches Antigen für die Herstellung Epitop-differenter Antikörper, welche im Vpr-Ag-ELISA als Fang- beziehungsweise Nachweis-Antikörper dienen können. Das Gesamt-Peptid, sVpr1-96, dient zur Standardisierung des Vpr-Ag-ELISA. Ein solches serologisches Testsystem kann beispielsweise zur Bestimmung der Konzentration von viralem Vpr im Blut HIV-1 infizierter Individuen eingesetzt werden und besitzt somit potentielle Anwendungsmöglichkeiten als Prognosemarker zur Diagnose der Krankheitsentwicklung und der Infektionsausbreitung in vivo, speziell bei der Therapie und der Betreuung von AIDS-Patienten. Eine weitere Lösung der Aufgabe wird durch die Anwendung von sVpr1-96 und der Teilsequenzen in der Aufklärung der molekularen Struktur von Vpr erreicht. Derartige Untersuchungen für Gesamt-Vpr- Proteine sind noch nicht beschrieben worden und scheinen mangels verfügbarer Mengen an hochreinen und nativ gefalteten Vpr-Proteinen durch die bisher beschriebenen Verfahren auch kaum möglich zu sein. Ergebnisse dieser Strukturanalysen an sVpr-Proteinen sind neuartige Methoden, welche
The object is further achieved by demonstrating that sVpr1-96 has excellent antigenic properties and is therefore suitable as an antigen for immunization for the purpose of producing high-affinity and specific antibodies against various epitopes of Vpr. As a result, sVpr1-96 and partial sequences thereof are suitable for the development of a Vpr antigen (Ag) ELISA (enzyme linked immunoasorbent assay). The N-terminal fragment sVpr1-47 and the C-terminal fragment sVpr48-96 serve as a specific antigen for the production of epitope-different antibodies, which can serve as capture or detection antibodies in the Vpr-Ag ELISA. The total peptide, sVpr1-96, is used to standardize the Vpr-Ag ELISA. Such a serological test system can be used, for example, to determine the concentration of viral Vpr in the blood of HIV-1-infected individuals and thus has potential applications as a prognostic marker for the diagnosis of disease development and the spread of infection in vivo, especially in the therapy and care of AIDS patients . A further solution to the problem is achieved by using sVpr1-96 and the partial sequences in the elucidation of the molecular structure of Vpr. Such studies for total Vpr proteins have not yet been described and, due to the lack of available amounts of highly pure and natively folded Vpr proteins, seem to be hardly possible by the methods described so far. The results of these structural analyzes on sVpr proteins are novel methods which

  • a) einerseits die für NMR und Kristallisation notwendigen hohen Konzentrationen an gefalteten sVpr- Proteinen unter Ausschluß von Peptidaggregation erlauben und anderseitsa) on the one hand the high concentrations of folded sVpr- necessary for NMR and crystallization Allow proteins to the exclusion of peptide aggregation and on the other hand
  • b) durch gezielte Mutationen die Neigung von Vpr zu cis/trans-isomeren Konformationen und die dadurch bedingte hohe Flexibilität der N-terminalen Domäne von Vpr unterdrücken. Weiterhin wird durch den Einsatz von Vpr-Bindungspartnern wie zum Beispielb) through targeted mutations the tendency of Vpr to cis / trans isomeric conformations and suppress the resulting high flexibility of the N-terminal domain of Vpr. Will continue through the use of Vpr binding partners such as
  • c) des HIV-Proteins p6Gag, welches im Prozeß der Virusassemblierung eine stabile Interaktion mit Vpr eingeht oderc) the HIV protein p6 gag , which enters into a stable interaction with Vpr in the process of virus assembly or
  • d) artifizielle Vpr-Bindungspartner, wie zum Beispiel Fab-Fragmente von anti-Vpr-Antikörpern, welche die Struktur von Vpr in einer "natürlichen" Konformation stabilisieren. Solcherart Stabilisierung wird die Strukturanalyse einzelner Domänen oder von Gesamt-Vpr wesentlich erleichtern und dadurch letztendlich die Aufklärung der hochaufgelösten 3D-Struktur dieses HIV-Proteins ermöglichen.d) artificial Vpr binding partners, such as Fab fragments of anti-Vpr antibodies, which stabilize the structure of Vpr in a "natural" conformation. Such stabilization will significantly facilitate the structural analysis of individual domains or of total Vpr and thereby ultimately enable the elucidation of the high-resolution 3D structure of this HIV protein.

Bislang wurde beschrieben, daß lösliches extrazelluläres Vpr in einer relativ geringen Konzentration von 0.1 bis 10 nM die Stimulierung der Virusreplikation von T-Zell-tropen und Makrophagen-tropen HIV-1-Viren in Kulturen von primären humanen Lymphozyten sowie CD4+ T- Zellinien erhöht. Weiterhin wurde berichtet, daß Vpr die Zellteilungsrate von mit HIV-1 infizierten als auch von nicht infizierten Zellen beeinflußt. Diese Phänomene wurden für Vpr-Proteine beschrieben, welche entweder durch die Expression von rekombinantem Vpr in Baculovirus-infizierten Insektenzellen oder durch Anreicherung von viralem Vpr aus peripherem Blut von HIV-1-infizierten Probanden (ex vivo) Vpr gewonnenen wurden. Nachteil dieser Studien ist somit, daß die entsprechenden Vpr-Proteine aus unterschiedlichen Proteingemischen wie Blutserum und Zellkulturüberständen extrahiert wurden und daher keine hochgereinigten Produkte zur Anwendung kamen. Aufgrund dieser Umstände kann nicht ausgeschlossen werden, daß die bisher beschriebenen Aktivitäten für Vpr zum Teil oder gänzlich auf Verunreinigungen mit zellulären und/oder viralen Faktoren zurückzuführen sind. Ein weiterer Nachteil ist die Tatsache, daß solcherart gewonnenes Vpr potentiell durch posttranslationale Proteinmodifikationen wie zum Beispiel Phosphorylierung, Sialinisierung, Ubiquitinierung und proteolytische Prozessierung verändert wurde und sich dadurch von Vpr in HIV- infizierten Zellen unterscheidet. Ein weiterer Nachteil ist die mehrfach berichtete Eigenschaft, insbesondere von rekombinanten Vpr exprimiert in E. coli, daß Vpr aufgrund seiner starken zytotoxischen Eigenschaften nur als biologisch inertes Fusionsprotein exprimiert werden konnte. Jedoch selbst als Fusionsprotein zeigte Vpr die Tendenz zur Assoziation mit zellulären Membranen; der Einsatz von ionischen Detergentien zum Zweck der Reinigung von rekombinanten Vpr war dadurch notwendig. Weiterhin wurde berichtet, daß rekombinantes Vpr nach Abspaltung des Fusionsanteiles eine starke Tendenz zur Proteinaggregation zeigte und dadurch nicht in wässerigen Puffern in Lösung gehalten werden konnte. So far, it has been described that soluble extracellular Vpr in a relatively low concentration of 0.1 to 10 nM increases the stimulation of virus replication of T-cell tropics and macrophage-tropic HIV-1 viruses in cultures of primary human lymphocytes and CD4 + T cell lines . Vpr has also been reported to affect the cell division rate of HIV-1 infected and uninfected cells. These phenomena have been described for Vpr proteins, which were obtained either by the expression of recombinant Vpr in baculovirus-infected insect cells or by the enrichment of viral Vpr from peripheral blood of HIV-1 infected subjects (ex vivo). The disadvantage of these studies is therefore that the corresponding Vpr proteins were extracted from different protein mixtures such as blood serum and cell culture supernatants and therefore no highly purified products were used. Because of these circumstances, it cannot be excluded that the activities described so far for Vpr are partly or wholly due to contamination with cellular and / or viral factors. A further disadvantage is the fact that Vpr obtained in this way has potentially been modified by post-translational protein modifications such as phosphorylation, sialinization, ubiquitination and proteolytic processing and is therefore different from Vpr in HIV-infected cells. Another disadvantage is the multiple reported property, in particular of recombinant Vpr expressed in E. coli, that Vpr could only be expressed as a biologically inert fusion protein due to its strong cytotoxic properties. However, even as a fusion protein, Vpr showed a tendency to associate with cellular membranes; the use of ionic detergents for the purpose of purifying recombinant Vpr was necessary. Furthermore, it was reported that recombinant Vpr showed a strong tendency towards protein aggregation after cleavage of the fusion portion and could therefore not be kept in solution in aqueous buffers.

Es soll weiterhin darauf hingewiesen werden, daß aufgrund seiner Primärsequenz Vpr einen starken Dipol-Charakter aufweist: Die N- und C-Termini haben gegenseitige Netto-Ladung. Zusätzlich werden die polaren Termini durch alpha-Helices mit zum Teil amphipathischem Charakter begrenzt. Außerdem ist anzunehmen, daß der mittlere Teil von Vpr nicht strukturiert ist und dadurch beiden Domänen eine hohe Flexibilität zueinander vermittelt (Fig. 1). Diese physikochemischen Eigenschaften sind vermutlich die Ursache für die enorme Tendenz von Vpr, intra- und intermolekulare Wechselwirkungen einzugehen, ein Umstand, welcher wiederum die Reinigung von Vpr aus Proteingemischen erschwert oder gar gänzlich unmöglich macht.It should also be pointed out that due to its primary sequence Vpr has a strong dipole character: the N and C termini have mutual net charge. In addition, the polar terms are limited by alpha helices, some of which are amphipathic. In addition, it can be assumed that the middle part of Vpr is not structured and thus gives both domains a high degree of flexibility with one another ( FIG. 1). These physicochemical properties are presumably the cause of Vpr's enormous tendency to enter into intra- and intermolecular interactions, a fact which in turn makes it difficult or even impossible to purify Vpr from protein mixtures.

Ein wesentlicher Vorteil für die Analyse der biologischen und strukturellen Eigenschaften von Vpr, insbesondere mit dem Ziel der Charakterisierung von potentiellen Antagonisten der Vpr-Wirkung, bietet daher die chemische Totalsynthese von Vpr. Zur Umgehung von Problemen, welche im Zusammenhang mit bereits publizierten Verfahren zur Gewinnung von ex vivo oder rekombinanten Vpr entstanden, werden in der vorliegenden Erfindungsbeschreibung vollsynthetisch hergestellte Vpr- Proteine (im folgenden als sVpr bezeichnet) für die nachfolgend beschriebenen biologischen Funktionsteste sowie Strukturanalysen eingesetzt.A major advantage for the analysis of the biological and structural properties of Vpr, especially with the aim of characterizing potential antagonists of the Vpr effect, therefore offers the chemical total synthesis of Vpr. To avoid problems that arise in the Relation to previously published methods for obtaining ex vivo or recombinant Vpr originated, in the present description of the invention fully synthetic Vpr- Proteins (hereinafter referred to as sVpr) for the biological described below Functional tests and structural analyzes are used.

Erfindungsgemäß wird dazu ein 96 Aminosäure langes sVpr-Protein durch Festphasensynthese hergestellt, hochgereinigt und auf molekulare Integrität überprüft (im weiteren als sVpr1-96 bezeichnet).According to the invention, a 96 amino acid long sVpr protein is obtained by solid phase synthesis manufactured, highly purified and checked for molecular integrity (hereinafter referred to as sVpr1-96 designated).

Die Proteinsequenz des Produktes sVpr1-96 wurde von der kodierenden Sequenz des vpr Gens des molekularen Virusisolates HIV-1NL4-3 abgeleitet.The protein sequence of the product sVpr1-96 was derived from the coding sequence of the vpr gene of the molecular virus isolate HIV-1 NL4-3 .

Zusätzlich zu sVpr1-96 werden ebenfalls kürzere Fragmente davon in Form von sVpr-Peptiden eingesetzt: Dies betrifft die Peptide sVpr1-47, sVpr48-96, sVpr1-20 und sVpr21-40 sowie die Mutanten sVpr1-20(Asn5,10,14) und sVpr21-40(Asn34).In addition to sVpr1-96, shorter fragments thereof are also used in the form of sVpr peptides: This concerns the peptides sVpr1-47, sVpr48-96, sVpr1-20 and sVpr21-40 as well as the mutants sVpr1-20 (Asn 5,10,14 ) and sVpr21-40 (Asn 34 ).

Die erfindungsgemäßen Produkte besitzen folgende vorteilhaften Eigenschaften:The products according to the invention have the following advantageous properties:

Sowohl das Peptid sVpr1-96 als auch seine Fragmente zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Löslichkeit in polaren wässerigen Lösungen aus. Strukturanalysen mittels 1H NMR- und CD- Spektroskopie deuten auf eine strukturierte Faltung von sVpr1-96 sowie auf eine "geordnete" Oligomerisierung mit der Formierung von di- und/oder trimeren Strukturen des Peptides hin. Protein- Aggregation, wie sie für rekombinantes Vpr mehrfach berichtet wurden, traten für sVpr1-96 und dessen Fragmente selbst in hohen Konzentrationen von mM-Peptidlösung nicht auf.Both the peptide sVpr1-96 and its fragments are characterized by excellent solubility in polar aqueous solutions. Structural analyzes using 1 H NMR and CD spectroscopy indicate a structured folding of sVpr1-96 and a "ordered" oligomerization with the formation of di- and / or trimeric structures of the peptide. Protein aggregation, as has been repeatedly reported for recombinant Vpr, did not occur for sVpr1-96 and its fragments, even in high concentrations of mM peptide solution.

Weiterhin besteht das Wesen der Erfindung in der Tatsache, daß sVpr1-96 in HIV-1 infizierten Zellen eine biologische Wirkung ausübt, wie sie bisher für andere Vpr-Proteine (ex vivo und rekombinantes Protein) bereits beschriebenen wurde. Die Wirksamkeit von sVpr-Proteinen und die damit verbundenen vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten werden im folgenden näher erläutert.Furthermore, the essence of the invention resides in the fact that sVpr1-96 in HIV-1 infected cells has a biological effect, as it has so far for other Vpr proteins (ex vivo and recombinant Protein) has already been described. The effectiveness of sVpr proteins and the associated A variety of possible uses are explained in more detail below.

1. Testung von sVpr1-96 in Zellkultur und Aufbau von Testsystem für Suche nach Vpr-Antagonisten1. Testing sVpr1-96 in cell culture and setting up a test system for searching for Vpr antagonists

Im Rahmen der Erfindung wird nachgewiesen, daß sVpr1-96 in Zellkulturen von primären humanen Lymphozyten, PBMC (peripheric monoculear blood lymphocytes), ähnlich der bereits beschriebenen Wirkung von nativem Vpr und auch in dem gleichen Konzentrationsbereich von etwa 10 nanoM, die Virusreplikation von T-Zell-tropen und Makrophagen-tropen Viren steigert. Besonders ausgeprägt war die Vpr-vermittelte Steigerung der Virusreplikation in HIV-1 infizierten Makrophagen, den hauptsächlichen Targetzellen für die Vpr-Wirkung in vivo. Diese Ergebnisse, zusammengefaßt in den Ausführungsbeispielen 3 und 4, sind ein überzeugender Beweis für die Tatsache, daß die chemische Synthese von sVpr1-96 nicht die biologischen Aktivitäten der erfindungsgemäß hergestellten Vpr- Proteine beeinträchtigt. Es sei darauf hingewiesen, daß dies die erste Beschreibung einer biologischen Funktion von vollsynthetischem Vpr ist. Außerdem wird im Rahmen der Erfindung erstmalig gezeigt, daß isoliertes Vpr in Form von sVpr1-96 die Funktion von endogenem Vpr in vpr-defizienten HIV-1- Mutanten in isolierten Monozyten/Makrophagen komplementieren kann (siehe Ausführungsbeispiel 4).In the context of the invention it is demonstrated that sVpr1-96 in cell cultures of primary human  Lymphocytes, PBMC (peripheral monoculear blood lymphocytes), similar to that already described Effect of native Vpr and also in the same concentration range of about 10 nanom Virus replication of T cell tropics and macrophage tropic viruses increases. Was particularly pronounced the Vpr-mediated increase in virus replication in HIV-1 infected macrophages main target cells for Vpr activity in vivo. These results, summarized in the Embodiments 3 and 4 are convincing evidence of the fact that the chemical Synthesis of sVpr1-96 not the biological activities of the Vpr- produced according to the invention Proteins impaired. It should be noted that this is the first description of a biological Function of fully synthetic Vpr is. It is also shown for the first time in the context of the invention that that isolated Vpr in the form of sVpr1-96 acts as an endogenous Vpr in vpr-deficient HIV-1 Can complement mutants in isolated monocytes / macrophages (see embodiment 4).

Aufgrund der biologischen Aktivitäten von sVpr1-96 ergeben sich eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten von sVpr-Proteinen. Dies betrifft die Anwendung von sVpr1-96 für die Entwicklung von Testsystemen zur Ermittlung von potentiellen Vpr-inhibierenden Agenzien. Hierzu wird ein Infektionsmodell mit entweder permanenten Monozyten-Zellinien oder primären Zellen entwickelt. Unmittelbar vor oder nach Infektion solcher in vitro Kulturen mit vpr-defizienten oder - positiven HIV-Viren werden definierte Mengen an sVpr1-96 zugesetzt, welche zuvor mit potentiellen Vpr-Antagonisten behandelt wurden. Die Unterdrückung der durch sVpr1-96 vermittelten Steigerung der Virusreplikation ist ein direkter Hinweis auf die Wirksamkeit solcher Vpr-Inhibitoren. Die relative einfache und auch ökonomisch vertretbare Verfügbarkeit von im Grunde unbeschränkten Mengen an sVpr1-96, welche im Testsystem selbst in äußerst geringen nanoM-Konzentrationen eingesetzt werden, ermöglicht den Aufbau von umfangreichen Screening-Assays.Due to the biological activities of sVpr1-96 there are many Possible uses of sVpr proteins. This affects the application of sVpr1-96 for the Development of test systems for the determination of potential Vpr-inhibiting agents. For this becomes an infection model with either permanent monocyte cell lines or primary cells developed. Immediately before or after infection of such in vitro cultures with vpr-deficient or - Defined amounts of sVpr1-96 are added to positive HIV viruses, which were previously compared with potential Vpr antagonists were treated. Suppression of the increase mediated by sVpr1-96 virus replication is a direct indicator of the effectiveness of such Vpr inhibitors. The relative simple and also economically justifiable availability of basically unlimited quantities of sVpr1-96, which are used in the test system even in extremely low nanoM concentrations, enables the construction of extensive screening assays.

2. Verwendung von sVpr1-96 für die Herstellung von Vpr-spezifischen Antikörpern und die Entwicklung von Diagnostika2. Use of sVpr1-96 for the production of Vpr-specific antibodies and the Development of diagnostics

Ein unmittelbarer Einsatz für sVpr1-96 bzw. der davon abgeleiteten synthetischen Fragmente ergibt sich aus deren immunogenen Eigenschaften, entweder zur Erzeugung Vpr-spezifischer mono- und polyklonaler Antikörper oder zum Nachweis von Vpr-Antikörpern im Serum HIV-1-infizierter Probanden. Letzteres kann für den Einsatz in der klinischen Serodiagnostik zur Identifizierung einer HIV-Infektion nur als Ergänzung zu den klassischen HIV-Antikörpernachweisen dienen, da nur ca. 30-50% aller HIV-1-Infizierten Serumantikörper gegen Vpr entwickeln. Im Unterschied dazu sind sVpr- Proteine jedoch von großem Nutzen für die Etablierung eines Zwei-Seiten-Ag-ELISA zur Bestimmung der Konzentration von Vpr im peripheren Blut HIV-1-infizierter Patienten. Es liegen Hinweise in der Literatur vor, wonach die Konzentration an Serum-Vpr mit der des HIV-Hauptantigens p24Gag als auch dem Status der Krankheitsprogression korreliert. Ein derartiger Vpr-Ag-ELISA dient daher als sensitiver Prognosemarker, welche andere, weitaus aufwendigere und kostenintensivere Methoden ablöst oder ergänzt. Dies betrifft zum Beispiel die Polymerasekettenreaktion zur Bestimmung der Viruskonzentration im Blut bzw. die "fluorescent activated cell sorting" (FACS)-Analyse zur Bestimmung der Anzahl von CD4+ T-Zellen. Ein Vpr-Ag-ELISA zur Verwendung als Prognosemarker sowie als Marker zur Überwachung der Wirksamkeit einer antiviralen Therapie bedeutet eine enorme Kosten- und Zeiteinsparung.An immediate use for sVpr1-96 or the synthetic fragments derived from it results from their immunogenic properties, either for the generation of Vpr-specific mono- and polyclonal antibodies or for the detection of Vpr antibodies in the serum of HIV-1-infected subjects. The latter can only be used as a supplement to the classic HIV antibody detection for use in clinical serodiagnostics to identify HIV infection, since only about 30-50% of all HIV-1 infected people develop serum antibodies against Vpr. In contrast, however, sVpr proteins are of great benefit for establishing a two-sided Ag ELISA to determine the concentration of Vpr in the peripheral blood of HIV-1 infected patients. There are indications in the literature that the concentration of serum Vpr correlates with that of the main HIV antigen p24 Gag and the status of disease progression. Such a Vpr-Ag ELISA therefore serves as a sensitive forecast marker, which replaces or supplements other, far more complex and cost-intensive methods. This applies, for example, to the polymerase chain reaction to determine the virus concentration in the blood or the "fluorescent activated cell sorting" (FACS) analysis to determine the number of CD4 + T cells. A Vpr-Ag ELISA for use as a prognostic marker and as a marker for monitoring the effectiveness of an antiviral therapy means enormous savings in terms of time and money.

Für die Herstellung eines solchen Vpr-Ag-ELISA werden zunächst N- und C-terminale Fragmente von sVpr1-96 in Form der Peptide sVpr1-47 und sVpr48-96 für die Immunisierung (zum Beispiel von Kaninchen, Schaf, Maus) mit dem Ziel der Gewinnung von Epitop-spezifischen hochaffinen mono- und oder polyklonalen Antikörpern eingesetzt. Derartige Vpr spezifische Antikörper werden im Falle von polyklonalen Immunseren durch Reinigung (IgG-Anreicherung und Immunaffinitätsreinigung an entsprechenden immobilisierten Vpr-Peptiden) von unspezifischen Antikörpern befreit. Serum-Vpr aus Blutproben von HIV-1-infizierten Individuen wird als "Fang"-Antikörper an die feste Phase von 96-well Platten immobilisierten Vpr-Antikörpern gebunden. Der Nachweis des gebundenen Vpr-Antigens erfolgt dann mittels eines Nachweis-Antikörpers, welcher an bestimmte Enzyme, zum Beispiel Meerrettich-Peroxidase oder alkalische Phosphatase gekoppelt ist. Anhand der Intensität der nachfolgenden Enzymreaktion kann die Menge an gebundenem Vpr-Antigen abgeleitet werden. Für die Standardisierung des Vpr-Ag-ELISA wird sVpr1-96 eingesetzt.For the preparation of such a Vpr-Ag ELISA, first N- and C-terminal fragments of sVpr1-96 in the form of the peptides sVpr1-47 and sVpr48-96 for immunization (for example from Rabbit, sheep, mouse) with the aim of obtaining epitope-specific high-affinity mono- and or polyclonal antibodies used. Such Vpr specific antibodies are used in the case of polyclonal immune sera through purification (IgG enrichment and immunoaffinity purification corresponding immobilized Vpr peptides) freed from non-specific antibodies. Serum vpr out Blood samples from HIV-1 infected individuals are labeled as "capture" antibodies to the solid phase of 96-well Plates of immobilized Vpr antibodies bound. The detection of the bound Vpr antigen is then carried out by means of a detection antibody which is linked to certain enzymes, for example Horseradish peroxidase or alkaline phosphatase is coupled. Based on the intensity of the subsequent enzyme reaction, the amount of bound Vpr antigen can be derived. For the Standardization of the Vpr-Ag ELISA is used for sVpr1-96.

Weiterhin können sVpr1-96 und seine Fragmente zur Herstellung und Charakterisierung von Vpr- spezifischen monoklonalen Antikörpern angewendet werden. Hierzu werden Balbc-Mäuse zunächst mit sVpr1-96 immunisiert. Die Herstellung von Vpr-spezifischen Hybridomzellinien erfolgt nach beschriebenen Standard-Methoden. Die Epitop-Charakterisierung derartiger monoklonaler Antikörper erfolgt mittels überlappender sVpr-Peptidfragmente.Furthermore, sVpr1-96 and its fragments can be used to prepare and characterize Vpr- specific monoclonal antibodies can be used. For this purpose, Balbc mice are first used sVpr1-96 immunized. The production of Vpr-specific hybridoma cell lines follows described standard methods. The epitope characterization of such monoclonal antibodies is done using overlapping sVpr peptide fragments.

Wesentlich für die Realisierbarkeit der erfindungsgemäßen Anwendung von sVpr-Peptiden mit dem Ziel der Entwicklung von immunologischen Testsystemen ist der Nachweis, daß synthetische Vpr- Peptide in Form von sVpr1-96 dem nativen Vpr ähnliche immunogene Eigenschaften besitzen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch bestätigt, daß sVpr1-96 in Kaninchen injiziert und polyklonale anti-Vpr spezifische Seren gewonnen werden. Diese Antiseren haben einen hohen Titer an Vpr-spezifischen Antikörpern und sind geeignet für den Nachweis von Vpr sowohl im Westernblot als auch mittels Immunpräzipitation. Die Nachweisgrenze liegt bei diesen Methoden zwischen 1 und 10 nanoM Vpr. Weiterhin können diese Antikörper für den in situ Nachweis von Vpr mittels immunhistologischer Nachweistechniken angewendet werden.Essential for the feasibility of using sVpr peptides according to the invention with The goal of developing immunological test systems is to demonstrate that synthetic Vpr Peptides in the form of sVpr1-96 have immunogenic properties similar to the native Vpr. This is confirmed according to the invention by injecting sVpr1-96 into rabbits and polyclonal anti-Vpr specific sera can be obtained. These antisera have a high titer of Vpr-specific Antibodies and are suitable for the detection of Vpr both in Western blot and by means of Immunoprecipitation. The detection limit for these methods is between 1 and 10 nanoM Vpr. Furthermore, these antibodies can be used for the in situ detection of Vpr by means of immunohistological Detection techniques are applied.

3. Einsatz von sVpr1-96 zur Aufklärung der molekularen Struktur von Vpr3. Use of sVpr1-96 to elucidate the molecular structure of Vpr

Bislang sind keine Informationen zur Strukturaufklärung an kompletten Vpr-Molekülen bekannt geworden. Lediglich einzelne C-terminale Domänen von Vpr in Form von ca. 25 Aminosäure langen synthetischen Peptiden wurden mittels CD- und NMR-spektroskopischer Studien untersucht und Teilstrukturen davon bereits beschrieben. Die Gründe hierfür sind vermutlich einerseits mangelnde Verfügbarkeit von größeren Mengen an reinem Vpr-Protein sowie andererseits die im Rahmen der Erfindung bestätigte Tatsache, daß Prolin-Reste im N-Terminus von Vpr einer cis/trans-isomeren Konformationsänderung unterliegen.So far, no information is available on the structure elucidation of complete Vpr molecules become. Only individual C-terminal domains of Vpr in the form of approximately 25 amino acids long synthetic peptides were examined by means of CD and NMR spectroscopic studies and Substructures of which have already been described. The reasons for this are presumably lacking on the one hand Availability of larger amounts of pure Vpr protein and, on the other hand, those within the scope of Invention confirmed the fact that proline residues in the N-terminus of Vpr are a cis / trans isomer  Subject to change of conformation.

Das Wissen um die Struktur von Vpr ist jedoch wesentliche Voraussetzung zum Verständnis der molekularen Wirkungsmechanismen dieses Regulatorproteins. Diese Informationen sind wiederum die Basis für die gezielte Entwicklung von spezifischen Vpr-Antagonisten, welche wiederum neuartige antivirale und HIV-therapeutische Strategien darstellen.However, knowing the structure of Vpr is essential to understand the molecular mechanisms of action of this regulatory protein. Again, this information is the Basis for the targeted development of specific Vpr antagonists, which in turn are novel represent antiviral and HIV therapeutic strategies.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe der Strukturanalyse von sVpr-Peptiden dadurch gelöst, daß größere Mengen an reinem Vpr in Form von sVpr1-96 für Methoden der Strukturaufklärung wie RKSA und spektroskopische Methoden wie CD und NMR eingesetzt werden. Weiterhin werden verschiedene Wege beschrieben, mit welchen die hohe Flexibilität der N-terminalen Domäne von Vpr eingeschränkt oder gänzlich verhindert werden kann. Dabei wurden folgende Ergebnisse erzielt:
According to the invention, the task of structural analysis of sVpr peptides was achieved in that larger amounts of pure Vpr in the form of sVpr1-96 are used for methods of structure elucidation such as RKSA and spectroscopic methods such as CD and NMR. Furthermore, various ways are described with which the high flexibility of the N-terminal domain of Vpr can be restricted or completely prevented. The following results were achieved:

  • a) Das Peptid sVpr1-96 und seine Fragmente können ohne Proteinaggregation in hohen, milliM- Konzentrationen in Lösung gehalten werden. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für nachfolgende Strukturanalysen. Es liegen Hinweise auf geordnete Faltung, möglicherweise Oligomer-Bildung vor.a) The peptide sVpr1-96 and its fragments can be used in high, milliM- Concentrations are kept in solution. This is an essential requirement for subsequent ones Structural analysis. There is evidence of orderly folding, possibly oligomer formation.
  • b) Weiterhin wurden deutliche Hinweise auf cis/trans-Isomerien in einem, mehreren oder allen der vier Pro-Reste in der N-terminalen Domäne von sVpr1-96 ermittelt. Dies ist eine neuartige Erkenntnis, welche die Lösung zur Strukturaufklärung von Vpr vermittelt: Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieses Problems folgende Strategie verfolgt:b) Furthermore, there were clear indications of cis / trans isomerism in one, several or all of the four Pro residues in the N-terminal domain of sVpr1-96 determined. This is a novel finding which conveys the solution for elucidating the structure of Vpr: Problem following strategy:
  • c) Studie an überlappenden Peptiden, sVpr1-20 und sVpr21-40. Dadurch werden die problematischen Prolinreste mit der Neigung zu cis/trans-Isomerien identifiziert.c) Study on overlapping peptides, sVpr1-20 and sVpr21-40. This will make the problematic Proline residues identified with a tendency to cis / trans isomerism.
  • d) Solcherart identifizierte Prolinreste werden durch konservative Austausche, in der Regel durch Asparagin, ersetzt und in Form der Peptide sVpr1-20(Asn5,10,14) sowie sVpr21-40(Asn35) analysiert. Nachfolgend werden diese Mutanten ebenfalls im Kontext von Gesamt-Vpr, als Peptid sVpr1-96, hinsichtlich Struktur und biologischer Funktionen untersucht.d) Proline residues identified in this way are replaced by conservative exchanges, usually asparagine, and analyzed in the form of the peptides sVpr1-20 (Asn 5,10,14 ) and sVpr21-40 (Asn 35 ). These mutants are also examined in the context of total Vpr, as peptide sVpr1-96, with regard to structure and biological functions.
  • e) Durch den Einsatz von strukturstabilisierenden Lösungsbedingungen (Salz, pH, Detergentien zur Stimulierung eines membranähnlichen Milieus) sowie strukturstabilisierenden Faktoren, wie zum Beispiel natürliche (UBA2-Domäne des DNA-Reparaturproteins HHR23A, pGag-Domäne des HIV-1 Gag-Polyproteinprecursurs Pr55Gag) und artifizielle (Fab-Fragmente von Vpr-spezifischen Antikörpern) Bindungspartner soll die Flexibilität der N-terminalen Domäne unterdrücken und dadurch das Gleichgewicht zu einer geordneten Struktur von sVpr-Proteinen verschieben.e) By using structure-stabilizing solution conditions (salt, pH, detergents to stimulate a membrane-like environment) as well as structure-stabilizing factors, such as natural (UBA2 domain of the DNA repair protein HHR23A, p Gag domain of the HIV-1 Gag polyprotein precursor Pr55 Gag ) and artificial (Fab fragments of Vpr-specific antibodies) binding partners are said to suppress the flexibility of the N-terminal domain and thereby shift the equilibrium to an ordered structure of sVpr proteins.

Aufgrund der beschriebenen funktionellen, antigenen und strukturellen Eigenschaften ergeben sich für sVpr-Proteine weitere Anwendungsmöglichkeiten:Due to the functional, antigenic and structural properties described, for sVpr proteins further possible uses:

4. Einsatz von sVpr-Proteinen in der virologischen Grundlagenforschung von HIV-Infektionen, speziell zur Aufklärung der molekularen Pathomechanismen von Vpr4. Use of sVpr proteins in the virological basic research of HIV infections, especially to elucidate the molecular pathomechanisms of Vpr

Dies betrifft Studien zur Wechselwirkung von Vpr mit zellulären Proteinen wie zum Beispiel dem Glucocorticoidrezeptor GR-II oder Studien der Vpr induzierten Mechanismen von Apoptose, G2-Arrest und Zelldifferenzierung. This affects studies of the interaction of Vpr with cellular proteins such as that Glucocorticoid receptor GR-II or studies of Vpr induced mechanisms of apoptosis, G2 arrest and cell differentiation.  

5. Einsatz von sVpr-Peptiden im Tiermodell5. Use of sVpr peptides in animal models

Mit der Verfügbarkeit von größeren Mengen an biologisch aktiven sVpr-Proteinen ist erstmalig die Möglichkeit gegeben, die Wirkung von Vpr beziehungsweise seiner potentiellen Antagonisten in umfangreichen Tiermodell-Studien zu untersuchen. Dies betrifft insbesondere Infektionsstudien an Affen, z. B. Rhesusaffen, welche mit Affen-Immundefizienzviren (SIV) oder HIV-SIV (SHIV) chimären Viren infiziert werden.With the availability of larger amounts of biologically active sVpr proteins, this is the first time Possibility to test the effects of Vpr or its potential antagonists in to study extensive animal model studies. This particularly affects infection studies Monkeys, e.g. B. Rhesus monkeys that chimeric with monkey immunodeficiency viruses (SIV) or HIV-SIV (SHIV) Viruses get infected.

6. Einsatz von sVpr-Peptiden bei der Entwicklung von Vektoren für Gentransfer in der Gentherapie6. Use of sVpr peptides in the development of vectors for gene transfer in gene therapy

Die meisten der bislang applizierten/getesteten Methoden des Gentransfers für gentherapeutische Zwecke basieren auf der Integration eines bestimmten Gens in die Target-Zelle mittels retroviraler Vektoren. Leider können aber nur Lentiviren des HIV-Types, solche, die also Vpr und andere Komponenten des Präintegrationskomplexes enthalten, auch die sich nicht mehr teilenden Zellen "treffen". Dies betrifft so bedeutende Gewebe wie neuronale Zellen, Monozyten/Makrophagen und andere ausdifferenzierte Zellen, welche bei Anwendung von herkömmlichen Retroviren für Gentransfermethoden auf die Mitose der möglichen Targetzellen angewiesen sind. Eine Alternative hierzu ist die in vitro Assemblierung von Komponenten des HIV-Präintegrationskomplexes, bestehend aus dem Matrix-Protein p17MA viraler Integrase, dem viralen Genom sowie Vpr.Most of the previously applied / tested methods of gene transfer for gene therapy purposes are based on the integration of a specific gene into the target cell using retroviral vectors. Unfortunately, only lentiviruses of the HIV type, those that contain Vpr and other components of the pre-integration complex, can "meet" the cells that no longer divide. This affects such important tissues as neuronal cells, monocytes / macrophages and other differentiated cells, which are dependent on the mitosis of the possible target cells when using conventional retroviruses for gene transfer methods. An alternative to this is the in vitro assembly of components of the HIV pre-integration complex, consisting of the matrix protein p17 MA viral integrase, the viral genome and Vpr.

7. Entwicklung von Vpr-Analoga/Antagonisten auf der Basis von D-Aminosäuren7. Development of Vpr analogs / antagonists based on D-amino acids

Die chemische Synthese von sVpr-Proteinen hat, neben den bereits oben erwähnten Vorzügen, den wesentlichen weiteren Vorteil, daß Peptide chemisch so verändert werden können, daß entweder alle oder nur gewünschte biologische Aktivitäten erhalten bleiben. Ziel dabei ist es, den Metabolismus und damit die clearance Rate von sVpr-Proteinen in vivo und deren Antagonisten auf Peptidbasis im Interesse einer längeren Halbwertszeit dieser Produkte zu verändern. Derartige Modifizierungen sind ausschließlich nur durch chemische Totalsynthese, nicht jedoch durch rekombinante DNA-Techniken möglich. Eine denkbare Möglichkeit wäre zum Beispiel sicher auch die Entwicklung von stabilen zyklischen Pseudo-Peptiden, welche den Teil von p6Gag nachahmen, der mit Vpr in Wechselwirkung tritt. Werden solche Peptide von HIV-infizierten Zellen aufgenommen, würde Vpr nicht mehr in freigesetzte Virionen verpackt und könnte dadurch außerhalb der Zelle nicht mehr wirksam werden. Zum Beispiel würde in einem solchen Falle die Vpr-vermittelte Infektion von Monozyten/Makrophagen ausfallen und dadurch die Ausbreitung der Infektion im Organismus eingeschränkt werden oder völlig ausbleiben.In addition to the advantages already mentioned above, the chemical synthesis of sVpr proteins has the significant further advantage that peptides can be chemically modified in such a way that either all or only desired biological activities are retained. The aim is to change the metabolism and thus the clearance rate of sVpr proteins in vivo and their peptide-based antagonists in the interest of a longer half-life of these products. Such modifications are only possible through total chemical synthesis, but not through recombinant DNA techniques. A conceivable possibility would be, for example, the development of stable cyclic pseudo-peptides that mimic the part of p6 gag that interacts with Vpr. If such peptides were taken up by HIV-infected cells, Vpr would no longer be packaged in released virions and could therefore no longer be effective outside the cell. In such a case, for example, the Vpr-mediated infection of monocytes / macrophages would fail and the spread of the infection in the organism would thereby be restricted or completely absent.

Die Merkmale der Erfindung gehen aus den Elementen der Ansprüchen und aus der Beschreibung hervor, wobei sowohl einzelne Merkmale als auch mehrere in Form von Kombinationen vorteilhafte Ausführungen darstellen, für die mit dieser Schrift Schutz beantragt wird. The features of the invention emerge from the elements of the claims and from the description out, both individual features and several advantageous in the form of combinations Represent versions for which protection is requested with this document.  

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, ohne auf diese Beispiele beschränkt zu sein.The invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments, without referring to these examples to be limited.

AusführungsbeispieleEmbodiments Beispiel 1: Synthese und Reinigung von-Vpr-PeptidenExample 1: Synthesis and Purification of Vpr Peptides Beispiel 1aExample 1a Synthese von Vpr-Peptiden - Allgemeine VorschriftSynthesis of Vpr peptides - General procedure

Die Synthese der C-terminalen Vpr-Peptide erfolgte an einem Serin-Harz der Fa. Rapp Polymere Tübingen an einem ABI 433A Synthesizer (Perkin Elmer).The C-terminal Vpr peptides were synthesized on a serine resin from Rapp Polymer Tübingen on an ABI 433A synthesizer (Perkin Elmer).

Alle N-terminalen Peptide wurden an einem Polystyren-polyoxyethylen-Trägerharz (TentaGel R-RAM- Harz der Fa. Rapp Polymere) synthetisiert.All N-terminal peptides were on a polystyrene-polyoxyethylene carrier resin (TentaGel R-RAM- Resin from Rapp Polymer) synthesized.

Der Aufbau der Peptide erfolgte mittels FMOC(Fluormethyloxycarbonyl)-Strategie unter Verwendung nachfolgender Schutzgruppen: O-t.Butylester für Glu und Asp, OtBu-Ether für Serin, Tyrosin und Threonin, Boc (tert-Butoxycarbonyl-) für Lysin und Tryptophan, Trt (Trityl-Triphenylmethyl) für Histidin, Glutamin und Asparagin sowie Pbf (2.2.4.6.7-pentamethyl-dihydrobenzofuran-5-sulfonyl-) für Arginin.The peptides were constructed using FMOC (fluoromethyloxycarbonyl) strategy using following protective groups: O-t-butyl ester for Glu and Asp, OtBu ether for serine, tyrosine and Threonine, Boc (tert-butoxycarbonyl-) for lysine and tryptophan, Trt (trityl-triphenylmethyl) for Histidine, glutamine and asparagine as well as Pbf (2.2.4.6.7-pentamethyl-dihydrobenzofuran-5-sulfonyl-) for Arginine.

Nach Beendigung der Synthese erfolgte die Abspaltung der Schutzgruppen mittels eines Abspaltungsgemisches, bestehend aus 95% Trifluoressigsäure, der 3% Triisopropylsilan und je nach Peptid 2 bis 5% Ethandithiol zugesetzt wurde. Das Harz wurde abgetrennt, die Reaktionslösung eingeengt und mit Heptan versetzt. Es wurde erneut eingeengt und das verbleibende Öl mit Diethylether digeriert. Das rohe Peptid wurde abgesaugt und anschließend aus 10%iger Essigsäure lyophilisiert.After the synthesis had ended, the protective groups were cleaved off using a Splitting mixture consisting of 95% trifluoroacetic acid, the 3% triisopropylsilane and depending on Peptide 2 to 5% ethanedithiol was added. The resin was separated, the reaction solution concentrated and mixed with heptane. It was concentrated again and the remaining oil with diethyl ether digested. The crude peptide was suctioned off and then lyophilized from 10% acetic acid.

Beispiel 1bExample 1b Reinigung der Peptide - Allgemeine VorschriftPurification of the peptides - general regulation

Zur Reinigung wurden jeweils 100 mg Rohpeptid an einer präparativen HPLC-Anlage (Shimadzu LC-8 Anlage) chromatographiert. Alle Peptide wurden an einer Kieselgelsäule (300 × 400 mm Vydac-RP18- Säule, Korngröße 15-20 µ) mittels eines linearen Gradienten, bestehend aus A = 1% TFA (Trifluoressigsäure) in Wasser und B = 0,1% TFA in 80%igem Acetonitril mit einem Fluss von 100 ml/­ min gereinigt. Die Eluate wurden eingeengt und lyophilisiert.For the purification, 100 mg of crude peptide were each on a preparative HPLC system (Shimadzu LC-8 Plant) chromatographed. All peptides were on a silica gel column (300 × 400 mm Vydac-RP18- Column, particle size 15-20 µ) using a linear gradient consisting of A = 1% TFA (Trifluoroacetic acid) in water and B = 0.1% TFA in 80% acetonitrile with a flow of 100 ml / min cleaned. The eluates were concentrated and lyophilized.

Beispiel 1c: sVpr1-96Example 1c: sVpr1-96

Das Peptid wurde an einem TentaGel S-AC-Harz (0,20 mmol/Gramm) an einem ABI 433 aufgebaut. Am Schluß der Synthese wurde die FMOC-Schutzgruppe abgespalten, das Harz nacheinander mit Dimethylformamid und Methylenchlorid gewaschen und getrocknet. Das Peptid wurde dann in der eingangs beschriebenen Weise vom Harz abgespalten und anschließend gereinigt.The peptide was constructed on a TentaGel S-AC resin (0.20 mmol / gram) on an ABI 433. At the At the end of the synthesis, the FMOC protective group was split off, the resin in succession  Dimethylformamide and methylene chloride washed and dried. The peptide was then in the cleaved from the resin described above and then cleaned.

Molmasse: 11378 gef. 11381
sVpr1-96:
H-Met-Glu-Gln-Ala-Pro-Glu-Asp-Gln-Gly-Pro-Gln-Arg-Glu-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu- Glu-Leu-Leu-Glu-Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Pro-Arg-Ile-Trp-Leu-His- Asn-Leu-Gly-Gln-His-Ile-Tyr-Glu-Thr-Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala-Gly-Val-Glu-Ala-Ile- Ile-Arg-Ile-Leu-Gln-Gln-Leu-leu-Phe-Ile-His-Phe-Arg-Ile-Gly-Cys-Arg-His-Ser-Arg- Ile-Gly-Val-Thr-Arg-Gln-Arg-Arg-Ala-Arg-Asn-Gly-Ala-Ser-Arg-Ser-OH
Molar mass: 11378 found 11381
sVpr1-96:
H-Met-Glu-Gln-Ala-Pro-Glu-Asp-Gln-Gly-Pro-Gln-Arg-Gl-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu- Glu-Leu-Leu-Glu- Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Pro-Arg-Ile-Trp-Leu-His- Asn-Leu-Gly-Gln-His-Ile-Tyr-Glu-Thr- Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala-Gly-Val-Glu-Ala-Ile- Ile-Arg-Ile-Leu-Gln-Gln-Leu-leu-Phe-Ile-His-Phe-Arg-Ile- Gly-Cys-Arg-His-Ser-Arg-Ile-Gly-Val-Thr-Arg-Gln-Arg-Arg-Ala-Arg-Asn-Gly-Ala-Ser-Arg-Ser-OH

Beispiel 1d: sVpr1-47Example 1d: sVpr1-47

Analog zu Beispielen 1 bis 3.Analogous to Examples 1 to 3.

Molmasse: 5728 gef. 5728.8
H-Met-Glu-Gln-Ala-Pro-Glu-Asp-Gln-Gly-Pro-Gln-Arg-Glu-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu- Glu-Leu-Leu-Glu-Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Pro-Arg-Ile-Trp-Leu-His- Asn-Leu-Gly-Gln-His-Ile-Tyr-NH2
Molar mass: 5728 found 5728.8
H-Met-Glu-Gln-Ala-Pro-Glu-Asp-Gln-Gly-Pro-Gln-Arg-Gl-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu- Glu-Leu-Leu-Glu- Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Pro-Arg-Ile-Trp-Leu-His-Asn-Leu-Gly-Gln-His-Ile-Tyr-NH 2

Beispiel 1e: sVpr48-96Example 1e: sVpr48-96

Analog zu Beispielen 1 bis 3.Analogous to Examples 1 to 3.

Glu-Thr-Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala-Gly-Val-Glu-Ala-Ile-Ile-Arg-Ile-Leu-Gln-Gln-Leu­ leu-Phe-Ile-His-Phe-Arg-Ile-Gly-Cys-Arg-His-Ser-Arg-Ile-Gly-Val-Thr-Arg-Gln-Arg- Arg-Ala-Arg-Asn-Gly-Ala-Ser-Arg-Ser-OHGlu-Thr-Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala-Gly-Val-Glu-Ala-Ile-Ile-Arg-Ile-Leu-Gln-Gln-Leu leu-Phe-Ile-His-Phe-Arg-Ile-Gly-Cys-Arg-His-Ser-Arg-Ile-Gly-Val-Thr-Arg-Gln-Arg- Arg-Ala-Arg-Asn-Gly-Ala-Ser-Arg-Ser-OH

Beispiel 1f: sVpr1-20Example 1f: sVpr1-20

Analog zu Beispielen 1 bis 3.Analogous to Examples 1 to 3.

sVpr1-20
H-Met-Glu-Gln-Ala-Pro-Glu-Asp-Gln-Gly-Pro-Gln-Arg-Glu-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu-NH2
sVpr1-20
H-Met-Glu-Gln-Ala-Pro-Glu-Asp-Gln-Gly-Pro-Gln-Arg-Glu-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu-NH 2

Beispiel 1g: sVpr1-20(Asn5,10,14)Example 1g: sVpr1-20 (Asn 5,10,14 )

Analog zu Beispielen 1 bis 3.Analogous to Examples 1 to 3.

sVpr1-20(Asn5,10,14)
H-Met-Glu-Gln-Ala-Asn-Glu-Asp-Gln-Gly-Asn-Gln-Arg-Glu-Asn-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu-NH2
sVpr1-20 (Asn 5,10,14 )
H-Met-Glu-Gln-Ala-Asn-Glu-Asp-Gln-Gly-Asn-Gln-Arg-Glu-Asn-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu-NH 2

Beispiel 1h: sVpr21-40Example 1h: sVpr21-40

Analog zu Beispielen 1 bis 3.Analogous to Examples 1 to 3.

Wildtyp-Sequenz
sVpr21-40
H-Glu-Leu-Leu-Glu-Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Pro-Arg-Ile-Trp-Leu-His-NH2
Wild type sequence
sVpr21-40
H-Glu-Leu-Leu-Glu-Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Pro-Arg-Ile-Trp-Leu-His-NH 2

Beispiel 1i: sVpr21-40(Asn35)Example 1i: sVpr21-40 (Asn35)

Analog zu Beispielen 1 bis 3.Analogous to Examples 1 to 3.

sVpr21-40(Asn35)
H-Glu-Leu-Leu-Glu-Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Asn-Arg-Ile-Trp-Leu-His-NH2
sVpr21-40 (Asn 35 )
H-Glu-Leu-Leu-Glu-Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Asn-Arg-Ile-Trp-Leu-His-NH 2

Beispiel 1j: sVpr11-25Example 1j: sVpr11-25

Analog zu Beispielen 1 bis 3.Analogous to Examples 1 to 3.

sVpr11-25
Gln-Arg-Glu-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu-Glu-Leu-Leu-Glu-Glu
sVpr11-25
Gln-Arg-Glu-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu-Glu-Leu-Leu-Glu-Glu

Beispiel 1k: sVpr41-55Example 1k: sVpr41-55

Analog zu Beispielen 1 bis 3.Analogous to Examples 1 to 3.

sVpr41-55
Asn-Leu-Gly-Gln-His-Ile-Tyr-Glu-Thr-Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala
sVpr41-55
Asn-Leu-Gly-Gln-His-Ile-Tyr-Glu-Thr-Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala

Beispiel 11: sVpr46-60Example 11: sVpr46-60

Analog zu Beispielen 1 bis 3.Analogous to Examples 1 to 3.

sVpr46-60
Ile-Tyr-Glu-Thr-Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala-Gly-Val-Glu-Ala-Ile
sVpr46-60
Ile-Tyr-Glu-Thr-Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala-Gly-Val-Glu-Ala-Ile

Beispiel 1m: sVpr56-70Example 1m: sVpr56-70

Analog zu Beispielen 1 bis 3.Analogous to Examples 1 to 3.

sVpr56-70
Gly-Val-Glu-Ala-Ile-Ile-Arg-Ile-Leu-Gln-Gln-Leu-leu-Phe-Ile
sVpr56-70
Gly-Val-Glu-Ala-Ile-Ile-Arg-Ile-Leu-Gln-Gln-Leu-leu-Phe-Ile

Beispiel 1n: sVpr66-80Example 1n: sVpr66-80

Analog zu Beispielen 1 bis 3.Analogous to Examples 1 to 3.

sVpr66-180
Gln-Leu-Leu-Phe-Ile-His-Phe-Arg-Ile-Gly-Cys-Arg-His-Ser-Arg
sVpr66-180
Gln-Leu-Leu-Phe-Ile-His-Phe-Arg-Ile-Gly-Cys-Arg-His-Ser-Arg

Beispiel 1o: sVpr76-96Example 1o: sVpr76-96

Analog zu Beispielen 1 bis 3. Analogous to Examples 1 to 3.  

sVpr76-96
Cys-Arg-His-Ser-Arg-Ile-Gly-Val-Thr-Arg-Gln-Arg-Arg-Ala-Arg-Asn-Gly-Ala-Ser-Arg-Ser-OH
sVpr76-96
Cys-Arg-His-Ser-Arg-Ile-Gly-Val-Thr-Arg-Gln-Arg-Arg-Ala-Arg-Asn-Gly-Ala-Ser-Arg-Ser-OH

Beispiel 2Example 2 Herstellung von polyklonalen anti-Vpr-Antikörpern durch Immunisierung mit sVpr1-96Production of polyclonal anti-Vpr antibodies by immunization with sVpr1-96

5 mg sVpr1-96 wurden in H2O gelöst, mit Freundschem Adjuvans versetzt und für Standardimmunisierung eines Kaninchen eingesetzt. Die so gewonnenen Imunseren, Bezeichnung als "R-96", wurden gepoolt und portioniert eingefroren.5 mg sVpr1-96 were dissolved in H 2 O, Freund's adjuvant was added and used for standard immunization of a rabbit. The Imunseren thus obtained, designated "R-96", were pooled and portioned frozen.

Für die Testung der Nachweisgrenze von R-96 wurde eine Verdünnungsreihe von 0.1 bis 10 ng sVpr1-96 mit jeweils 200 micro-1 humanen Serum eines HIV-1 seronegativen Probanden sowie 1 micro-L PBS versetzt und anschließend der Immunpräzipitation mit R-96 unterzogen. Dazu wurden für je eine Reaktion jeweils 5 micro-L R-96 an 30 micro-L Protein-G Sepharose beads (GammaBind-G-Sepharose­ beads, Pharmacia LKB Biotechnology, Piscataway, NJ, USA) absorbiert. Die Lysate wurde zuvor mit Protein-G Sepharose beads beladen mit IgG von Kaninchen Pre-Immunserum pre-cleared. Die Präzipitation wurde nach bereits beschriebenen Standardbedingungen durchgeführt (Schubert und Strebel, 1994).A dilution series of 0.1 to 10 ng sVpr1-96 was used to test the detection limit of R-96 each with 200 micro-1 human serum from an HIV-1 seronegative subject and 1 micro-L PBS added and then subjected to immunoprecipitation with R-96. In addition, for one Reaction 5 micro-L R-96 each with 30 micro-L Protein-G Sepharose beads (GammaBind-G-Sepharose beads, Pharmacia LKB Biotechnology, Piscataway, NJ, USA). The lysate was previously with Protein-G Sepharose beads loaded with rabbit pre-immune serum pre-cleared. The Precipitation was carried out according to standard conditions already described (Schubert and Strebel, 1994).

Die Immunpräzipitate wurden in SDS-Probenpuffer (2% SDS, 1% β-Mercaptoethanol, 1% Glycerol, 65 mM Tris-hydrochloride (pH 6.8) denaturiert (10 min, 95°C) und in einem 12,5% denaturierenden SDS- Polyacrylamidgel (SDS-PAGE, 12.5% Acryl aide gels, FMC Bioproducts, Rockland, ME) aufgetrennt (Fig. 2B). In dem gleichen Gel wurde ebenfalls eine Verdünnungsreihe von sVpr1-96 (0.01 bis 10 nanoM) aufgetrennt (Fig. 2A). Die aufgetrennten Proben wurden auf Immobilon polyvenylidene difluoride (PVDF)-Membranen (Millipore Corp., Bredford, MA) elektrotransferiert, mit 5% BSA in PBS (0,3% Tween 20) geblockt und anschließend mit einer 1 : 1000 Verdünnung von R-96 in 3% BSA inkubiert. Die gebundenen Antikörper wurden mittels 125I-Protein G (0.1 mCi/ml; New England Nuclear, DuPont, Wilmington, DE) und nachfolgender Autoradiographie detektiert (Fig. 2). Die Ergebnisse der Westernblot-Studie zeigen, daß mit R-96 selbst 0.01 ng sVpr1-96 zweifelsfrei nachgewiesen werden können. Die Nachweisgrenze von sVpr1-96 mittels Immunpräzipitation liegt im Bereich von 1 bis 10 nanoM sVpr1-96. In anderen Untersuchungen (Daten nicht demonstriert) konnte gezeigt werden, daß R-96 ebenfalls mit viralen Vpr, exprimiert in HIV-1-infizierten Zellen, im Westernblot als auch in der Immunpräzipitation gleicherweise reagiert.The immunoprecipitates were denatured (10 min, 95 ° C) in SDS sample buffer (2% SDS, 1% β-mercaptoethanol, 1% glycerol, 65 mM Tris hydrochloride (pH 6.8)) and in a 12.5% denaturing SDS Polyacrylamide gel (SDS-PAGE, 12.5% acrylic aide gels, FMC Bioproducts, Rockland, ME) was separated ( FIG. 2B). A dilution series of sVpr1-96 (0.01 to 10 nanoM) was also separated in the same gel ( FIG. 2A) The separated samples were electrotransferred to Immobilon polyvenylidene difluoride (PVDF) membranes (Millipore Corp., Bredford, MA), blocked with 5% BSA in PBS (0.3% Tween 20) and then with a 1: 1000 dilution of R The bound antibodies were detected by means of 125 I protein G (0.1 mCi / ml; New England Nuclear, DuPont, Wilmington, DE) and subsequent autoradiography ( FIG. 2). The results of the Western blot study show that even 0.01 ng sVpr1-96 can be detected with R-96 without any doubt of sVpr1-96 by immunoprecipitation is in the range of 1 to 10 nanoM sVpr1-96. In other studies (data not demonstrated) it could be shown that R-96 also reacts with viral Vpr, expressed in HIV-1 infected cells, in Western blot as well as in immunoprecipitation.

Beispiel 3Example 3 sVpr1-96 erhöht Virusreplikation und Zahl lebender Zellen in Kulturen von humanen peripheren Blutlymphozyten (PBMC)sVpr1-96 increases virus replication and number of living cells in cultures of human peripheral Blood lymphocytes (PBMC)

Für Infektionsexperimente wurden entsprechend bereits publizierter Methoden (Schubert et al., 1995) parallele Kulturen von PBMC, welche aus peripheren Blut HIV-1-seronegativer gesunder Probanden isoliert wurden, für zwei Tage durch Inkubation mit Phytohämagglutin (PHA) und Interleukin 2 (IL-2) stimuliert. Die so aktivierte Lymphozytenkultur wurde mit gleichen infektiösen Dosen von gereinigtem Virusstock des T-Zell-tropen Isolates HIV-1NL4-3 infiziert. Je eine Hälfte der infizierten Kultur wurde mit 10 nM sVpr1-96 behandelt, die andere mit 10 nM Lösung eines löslichen Kontrollpeptides, Vpu32-81, welches keine biologischen Aktivitäten in PBMC ausübt und unter den gleichen Bedingungen wie sVpr1-96 hergestellt und gereinigt wurde (Henklein et al., 1993). Das Kontrollpeptid Vpu32-81 umfaßt die 50 Aminosäure lange zytoplasmatische Domäne des HIV-1 spezifischen Virusproteins U (Vpu) (Wray et al., 1996). Die Inkubation mit den Peptiden wurde im gesamten Verlauf des Experimentes aufrecht erhalten, ca. 80% des Zellkulturmediums wurde alle zwei Tage erneuert und mit frischen Peptidlösungen versehen. Zur Bestimmung der Menge an freigesetzten Viruspartikeln wurden Proben der Zellkulturüberstände bei -80°C eingefroren. Am Ende der Infektionsstudie wurde in parallelen Reaktionen die Aktivität von Virusassoziierter Reverser Transkriptase (RT) bestimmt und im Histogramm (Fig. 3A) gegen die Zeit aufgetragen. Anhand der RT-Profile, dargestellt in Fig. 3A, ist deutlich zu erkennen, daß in Gegenwart von sVpr1-96 die Virusreplikation etwa um den Faktor 2 im gesamten Verlauf der Infektionsausbreitung erhöht war. Diese durch sVpr1-96 stimulierte Aktivierung der Virusproduktion erreicht das Maximum zwei Tage nach dem zum Zeitpunkt der maximalen Virusproduktion (Tag 7 post Infektion) und hält danach mit konstantem Faktor an. Studien zur Dosis- Abhängigkeit (Daten nicht gezeigt) ergaben, daß dieser Effekt maximal bei einer Konzentration von etwa 10 nM sVpr1-96 auftritt.For infection experiments, parallel cultures of PBMC, which were isolated from peripheral blood of HIV-1 seronegative healthy volunteers, were incubated with phytohemagglutin (PHA) and interleukin 2 (IL-) for two days in accordance with previously published methods (Schubert et al., 1995). 2) stimulates. The lymphocyte culture activated in this way was infected with the same infectious doses of purified viral stock of the T-cell tropical isolate HIV-1 NL4-3 . Half of the infected culture was treated with 10 nM sVpr1-96, the other with 10 nM solution of a soluble control peptide, Vpu32-81, which has no biological activity in PBMC and was prepared and purified under the same conditions as sVpr1-96 ( Henklein et al., 1993). The control peptide Vpu32-81 comprises the 50 amino acid cytoplasmic domain of the HIV-1 specific virus protein U (Vpu) (Wray et al., 1996). Incubation with the peptides was maintained throughout the experiment, approximately 80% of the cell culture medium was renewed every two days and fresh peptide solutions were added. To determine the amount of virus particles released, samples of the cell culture supernatants were frozen at -80 ° C. At the end of the infection study, the activity of virus-associated reverse transcriptase (RT) was determined in parallel reactions and plotted against time in the histogram ( FIG. 3A). On the basis of the RT profiles, shown in FIG. 3A, it can be clearly seen that in the presence of sVpr1-96, virus replication was increased by a factor of about 2 in the entire course of the spread of infection. This activation of virus production stimulated by sVpr1-96 reaches the maximum two days after that at the time of maximum virus production (day 7 post infection) and then stops with a constant factor. Dose dependence studies (data not shown) showed that this effect occurs at a maximum at a concentration of approximately 10 nM sVpr1-96.

Parallel zur Bestimmung der RT-Aktivitäten wurde während des Infektionsexperimentes die Zahl der lebenden Zellen durch Tryphanblau-Ausschluß zu jedem Zeitpunkt des Mediumwechsel ermittelt und gegen die Zeit aufgetragen (Fig. 3B). Daran ist deutlich zu erkennen, daß im Vergleich zur Kontrollkultur die Zahl der überlebenden Zellen während der Infektionsausbreitung in der mit sVpr1-96 behandelten Kultur etwa um den Faktor 1.5 erhöht ist. Generell ist eine Infektionsausbreitung in einer HIV-infizierten Zellkultur dadurch gekennzeichnet, und so auch in der Kontrollkultur zu erkennen (Fig. 3B), daß mit Erreichen der maximalen Virusproduktion der zytopathische Effekt des Virus zum Tragen kommt und dadurch die Zahl der überlebenden Zellen rapid abnimmt. Das ist in Gegenwart von sVpr1-96 nicht der Fall, die Zellzahl nimmt erst ab Tag 9 post Infektion und mit geringerer Kinetik als in der Kontrollkultur ab. Anhand dieses Experimentes kann jedoch noch nicht ermittelt werden, ob dieser Effekt auf Unterbindung der zytopathischen Mechanismen wie zum Beispiel der HIV-1- induzierten Apoptose und/oder der Zellfusion/Synzytiabildung zurückzuführen ist, oder ob sVpr1-96 lediglich die Zellzahl nicht infizierter Zellen in der Kultur erhöht. Auffallend ist jedoch, daß dieser Effekt nicht allein auf die Replikation von Wildtyp-Virus beschränkt war und auch mit vergleichbarer Intensität in PBMC-Isolaten von verschiedenen Donoren auftrat. Hierzu wurden PHA-Il2-stimulierte PBMCs von einem anderen Donor mit den T-Zell-tropen Wildtyp- Virus HIV-1NL4-3 (Fig. 3C) oder mit den chimären Makrophagen-tropen Virus NL4-3(AD8) (Fig. 3D) infiziert und mit 10 nM sVpr1-96 oder dem Kontrollpeptid Vpu32-81 inkubiert. Ebenfalls wurden unter den gleichen Bedingungen PBMCs mit dem vpu-deficienten Virus NL(AD8)-UDEL1 (Fig. 3E) sowie mit dem vpr-defizienten Virus NL(AD8)deltaR (Fig. 3F) infiziert. Es ist bekannt, daß sowohl Vpu als auch Vpr die Virusreplikation in PBMC stimulieren kann. In beiden Fällen wurde ähnlich der Situation bei Wildtyp-Virus HIV-1NL4-3 eine 3- bis 5-fache Steigerung der Virusreplikation in Gegenwart von 10 nM sVpr1-96 beobachtet.In parallel to the determination of the RT activities, the number of living cells was determined during the infection experiment by exclusion of tryphan blue at every point in time when the medium was changed and plotted against time ( FIG. 3B). This clearly shows that, compared to the control culture, the number of surviving cells during the spread of infection in the culture treated with sVpr1-96 is increased by a factor of about 1.5. In general, the spread of infection in an HIV-infected cell culture is characterized, and can thus also be seen in the control culture ( FIG. 3B), that when the maximum virus production is reached, the cytopathic effect of the virus comes into play and the number of surviving cells rapidly decreases . This is not the case in the presence of sVpr1-96, the cell count only decreases from day 9 post infection and with lower kinetics than in the control culture. Based on this experiment, however, it cannot yet be determined whether this effect is due to the cytopathic mechanisms such as HIV-1-induced apoptosis and / or cell fusion / syncytia formation being suppressed, or whether sVpr1-96 is only the cell number of uninfected cells in the culture increased. It is striking, however, that this effect was not limited to the replication of wild-type virus and also occurred with comparable intensity in PBMC isolates from different donors. For this purpose, PHA-II2-stimulated PBMCs from another donor with the T-cell tropical wild-type virus HIV-1 NL4-3 ( FIG. 3C) or with the chimeric macrophage-tropical virus NL4-3 (AD8) ( FIG. 3D) infected and incubated with 10 nM sVpr1-96 or the control peptide Vpu32-81. PBMCs were also infected under the same conditions with the vpu-deficient virus NL (AD8) -U DEL1 ( FIG. 3E) and with the vpr-deficient virus NL (AD8) deltaR ( FIG. 3F). It is known that both Vpu and Vpr can stimulate virus replication in PBMC. In both cases, a 3 to 5-fold increase in virus replication was observed in the presence of 10 nM sVpr1-96, similar to the situation with wild-type virus HIV-1 NL4-3 .

Zusammengefaßt kann daher festgestellt werden, daß in primären humanen T-Lymphozyten sVpr1-96 die Virusreplikation aktiviert und gleichzeitig die Rate an überlebenden Zellen innerhalb der infizierten Kultur erhöht ist. Dieser Effekt erfolgt unabhängig von der endogenen Expression der akzessorischen HIV-Proteine Vpu und Vpr.In summary, it can therefore be stated that in primary human T lymphocytes sVpr1-96 the virus replication is activated and at the same time the rate of surviving cells within the infected culture is increased. This effect is independent of the endogenous expression of the accessory HIV proteins Vpu and Vpr.

Beispiel 4Example 4 sVpr1-96 komplementiert die Replikation von vpr-defizienten HIV-1-Mutanten in Kulturen von primären humanen Monozyten/MakrophagensVpr1-96 complements the replication of vpr-deficient HIV-1 mutants in cultures of primary human monocytes / macrophages

Um die Wirkung von sVpr1-96 auf die Virusreplikation in primären humanen Monozyten/Makrophagen zu testen, wurden "monocyte derived macrophages" (MDM)-Zellen aus Blutlymphozyten von drei verschiedenen HIV-seronegativen gesunden Individuen (Donoren #1 bis 3) gewonnen und zum Zweck der Ausdifferenzierung für 14 Tage kultiviert. Parallele Kulturen von den jeweiligen MDM-Isolaten wurden mit gleichen infektiösen Dosen des chimären Makrophagen-tropen Virus NL(AD8) sowie dessen vpr-defizienten Mutante Virus NL(AD8)deltaR infiziert. Mit Beginn der Infektion wurden parallele Kulturen mit 10 nM sVpr1-96 sowie als Kontrolle mit 10 nM Vpu32-81 inkubiert. Alle drei Tage wurden 90% des Kulturmediums erneuert und neue Peptidlösungen zu den betreffenden Kulturen gegeben. Aliquote der Kulturüberstände wurden über einen Zeitraum von zwei Monaten gesammelt und bei -80°C eingefroren. Abschließend wurde die Menge an Virus-assozierter RT-Aktivität ermittelt und gegen die Zeit aufgetragen. Die resultierenden Replikationsprofile sind in Fig. 4 dargestellt. Während eine produktive Infektionsausbreitung in der MDM-Kultur für Wildtyp-Virus NL4-3(AD8)- mit maximaler Virusproduktion etwa am Tag 24 post Infektion auftrat (Fig. 4A), war die Replikation sowie die Infektionsausbreitung der vpr-defizienten Mutante NL(AD8)deltaR wesentlich reduziert: In den MDM-Kulturen der Donoren #1 und #2 (Fig. 4B, C) betrug diese nur etwa 15% des Wildtyp- Virus, in der MDM-Kultur des Donors #3 konnte sogar keine produktive Infektion mit NL(AD8)deltaR festgestellt werden (Fig. 4D). Die eingeschränkte Replikation der vpr-defizienten Mutante NL(AD8)deltaR ist in Übereinstimmung mit der bereits beschriebenen akzessorischen Funktion von Vpr in Makrophagen/Monozyten.In order to test the effect of sVpr1-96 on virus replication in primary human monocytes / macrophages, "monocyte derived macrophages" (MDM) cells were obtained from blood lymphocytes from three different HIV-seronegative healthy individuals (donors # 1 to 3) and were used to Purpose of differentiation cultivated for 14 days. Parallel cultures from the respective MDM isolates were infected with the same infectious doses of the chimeric macrophage-tropical virus NL (AD8) and its vpr-deficient mutant virus NL (AD8) deltaR. At the start of the infection, parallel cultures were incubated with 10 nM sVpr1-96 and as a control with 10 nM Vpu32-81. Every three days, 90% of the culture medium was renewed and new peptide solutions were added to the cultures in question. Aliquots of the culture supernatants were collected over a period of two months and frozen at -80 ° C. Finally, the amount of virus-associated RT activity was determined and plotted against time. The resulting replication profiles are shown in Fig. 4. While productive infection spread in the MDM culture for wild-type virus NL4-3 (AD8) occurred with maximum virus production around day 24 post infection ( FIG. 4A), the replication and the infection spread was the vpr-deficient mutant NL (AD8 ) deltaR significantly reduced: In the MDM cultures of donors # 1 and # 2 ( FIG. 4B, C), this was only about 15% of the wild-type virus, in the MDM culture of donor # 3 no productive infection was even found NL (AD8) deltaR can be found ( Fig. 4D). The limited replication of the vpr-deficient mutant NL (AD8) deltaR is in agreement with the previously described accessory function of Vpr in macrophages / monocytes.

Die kontinuierliche Zugabe von 10 nM exogenem sVpr1-96 im gesamten Verlauf der Infektionsstudie bewirkte keinen positiven Effekt auf die Virusreplikation von Wildtyp-Virus NL4-3(AD8) das Replikationsprofil wurde sogar auf ~ 60% reduziert (Fig. 4A). Im Unterschied dazu, hatte sVpr1-96 einen deutlich stimulierenden Effekt auf die Replikation der vpr-defizienten Mutante NL(AD8)-deltaR: Die Virusproduktion in MDM-Kulturen von drei verschiedenen Donoren wurde durch sVpr1-96 auf das Mehrfache gesteigert und war fast identisch mit dem Replikationsprofil von Wildtyp-Virus in Gegenwart von sVpr1-96 (Fig. 4C, D). Selbst in der MDM-Kultur, in der keine Infektionsausbreitung der vpr-defizienten Mutante NL(AD8)deltaR beobachtet wurde, konnte sVpr1-96 die Virusreplikation vollständig reaktivieren (Fig. 4D).The continuous addition of 10 nM exogenous sVpr1-96 throughout the course of the infection study had no positive effect on the virus replication of wild-type virus NL4-3 (AD8) and the replication profile was even reduced to ~ 60% ( FIG. 4A). In contrast, sVpr1-96 had a clearly stimulating effect on the replication of the vpr-deficient mutant NL (AD8) -deltaR: The virus production in MDM cultures from three different donors was increased several times by sVpr1-96 and was almost identical with the replication profile of wild-type virus in the presence of sVpr1-96 ( Fig. 4C, D). Even in the MDM culture, in which no infection spread of the vpr-deficient mutant NL (AD8) deltaR was observed, sVpr1-96 was able to completely reactivate the virus replication ( FIG. 4D).

Zusammengefaßt kann somit festgestellt werden, daß (i) in kultivierten humanen Monozyten/Makrophagen sVpr1-96 keinen positiven Einfluß auf die Replikation von Wildtyp-Virus (mit bereits vorliegender endogener Synthese von viralen Vpr) ausübt, jedoch (ii) exogenes sVpr1-96 die akzessorische Wirkung von endogenen Vpr in vpr-defizienten Virusmutanten komplementieren kann und dadurch die Replikationskompetenz von vpr-defizienten Viren auf dem Niveau von Wildtyp- Virus restauriert.In summary, it can thus be stated that (i) in cultivated human Monocyte / macrophage sVpr1-96 did not have a positive effect on the replication of wild-type virus (with existing endogenous synthesis of viral Vpr), but (ii) exogenous sVpr1-96 complement the accessory effects of endogenous Vpr in vpr deficient virus mutants and thus the replication competence of vpr-deficient viruses at the level of wild-type Virus restored.

Beispiel 5Example 5 1H NMR-Spektroskopie an sVpr1-96 1 H NMR spectroscopy on sVpr1-96

Die ersten NMR-Spektren wurden in 2 mM Lösung (17 mg/mL) von sVpr1-96 50% 50% (W/V) TFE aufgenommen. Das 1D-Spektrum (als Abszisse und Ordinate in Fig. 5) zeigt relativ breite Banden für dieses kleine Protein. Dies weist darauf hin, daß unter den gewählten Lösungsbedingungen das gesamte Peptid oder ein Teil davon zu Assoziationen neigt. Das Peptid wurde in wässeriger Lösung, ohne Salz und Puffer, gelöst. Die Zugabe von DTT bewirkte keine Veränderungen im Spektrum, was eine Disulfid-Bindung ausschließt. Die NMR-Daten lassen keine Hinweise auf hocholigomere Proteinaggregate erkennen wie diese für rekombinantes Vpr mit Molekulargewichten von über 100 kDa definiert wurde (Zhao et al., 1994). Sollte eine solche hochmolekulare Form von sVpr1-96 (vermutlich Hexamer) tatsächlich vorliegen, dann würde sich ein solches Molekül sehr langsam bewegen und daher zu breiten Signalen tendieren. Ein solches Phänomen war in den Spektren von sVpr1-96 nicht erkennbar. Einzelne Spin-Systeme (z. B. 3 × Alanin, 1 × Valin) konnten eindeutig zugeordnet werden. Da sich diese Spinsysteme über das gesamte Molekül erstrecken, ist dies ein Argument gegen das Vorliegen von hexameren Strukturen. Die bisherigen Daten lassen eher vermuten, daß sVpr1-96 in wässeriger Lösung hauptsächlich als Gleichgewicht zwischen mono- und dimeren Strukturen vorliegt, welche zu den teilweise breiten Signalen beitragen kann.The first NMR spectra were recorded in 2 mM solution (17 mg / mL) of sVpr1-96 50% 50% ( W / V ) TFE. The 1D spectrum (as the abscissa and ordinate in Fig. 5) shows relatively broad bands for this small protein. This indicates that under the chosen solution conditions, all or part of the peptide tends to be associated. The peptide was dissolved in aqueous solution, without salt and buffer. The addition of DTT caused no changes in the spectrum, which rules out disulfide binding. The NMR data reveal no evidence of highly oligomeric protein aggregates as was defined for recombinant Vpr with molecular weights of over 100 kDa (Zhao et al., 1994). If such a high molecular form of sVpr1-96 (presumably hexamer) is actually present, then such a molecule would move very slowly and therefore tend towards broad signals. Such a phenomenon was not visible in the spectra of sVpr1-96. Individual spin systems (e.g. 3 × alanine, 1 × valine) could be clearly assigned. Since these spin systems extend over the entire molecule, this is an argument against the existence of hexameric structures. The previous data rather suggest that sVpr1-96 in aqueous solution is mainly present as a balance between mono- and dimeric structures, which can contribute to the sometimes broad signals.

Um das Problem weiter zu klären, wurden 2D TOCSY und NOESY Spektren von sVpr1-96 aufgenommen, welche Hinweise auf cis/trans isomere Formen erbrachten: Bestimmte Bereiche von sVpr1-96 zeigten besonders breite Signale, während andere deutlich scharfe cross peaks in den 2D- Spektren zeigen. Im niedrigeren Bereich des TOCSY Spektrums (10-9.3 ppm) sind drei Signale von drei Tryptophan-Seitenketten zu erkennen (Fig. 5A). Weitere Ausdehnung dieser cross peaks läßt Rückschlüsse auf Heterogenität zu, das Hauptsignal zeigt mindestens zwei kleinere Signale. Gleiche Beobachtung traten bei Histidin (Fig. 6B) und Arginin (Fig. 6C) auf. Da diese drei Typen von Aminosäureketten über die gesamte Länge von sVpr1-96 verteilt auftreten (Tryptophan in den Positionen 18, 38 und 54; Histidin in den Positionen 33, 40, 45, 71 und 78 sowie Arginin in den Positionen 12, 32, 36, 62, 73, 77, 80, 87, 88 und 90) und diese cross peaks als solch scharfe Signale auftreten, kann davon ausgegangen werden, daß ein anderes Phänomen als die bislang angenommenen Oligomerisierung von Vpr (Zhao et al., 1994) für die relativ breiten Linien im 1D-Spektrum verantwortlich sind. Die in Fig. 6 dargestellten einzelnen Bereiche deuten auf etwa 20% Heterogenität der untersuchten Signale hin, welche typisch für cis/trans Isomerien sind und vermutlich durch die vier Prolin-Reste in sVpr1-96 ausgelöst werden. Solche isomeren Formen sollten einen relativ hohen cis- Anteil (bis 40%) für Prolin-Reste in den Positionen 14 und 35 haben, da sich diese in Nähe von aromatischen Aminosäureresten befinden.In order to clarify the problem further, 2D TOCSY and NOESY spectra of sVpr1-96 were recorded, which gave indications of cis / trans isomeric forms: Certain areas of sVpr1-96 showed particularly broad signals, while others clearly sharp cross peaks in the 2D Show spectra. In the lower region of the TOCSY spectrum (10-9.3 ppm) three signals from three tryptophan side chains can be seen ( FIG. 5A). Further expansion of these cross peaks allows conclusions to be drawn about heterogeneity; the main signal shows at least two smaller signals. The same observation occurred with histidine ( FIG. 6B) and arginine ( FIG. 6C). Since these three types of amino acid chains occur over the entire length of sVpr1-96 (tryptophan in positions 18, 38 and 54; histidine in positions 33, 40, 45, 71 and 78 and arginine in positions 12, 32, 36 , 62, 73, 77, 80, 87, 88 and 90) and these cross peaks appear as such sharp signals, it can be assumed that a phenomenon other than the previously assumed oligomerization of Vpr (Zhao et al., 1994) for the relatively broad lines in the 1D spectrum are responsible. The individual areas shown in FIG. 6 indicate approximately 20% heterogeneity of the examined signals, which are typical for cis / trans isomerism and are presumably triggered by the four proline residues in sVpr1-96. Such isomeric forms should have a relatively high cis content (up to 40%) for proline residues in positions 14 and 35, since these are close to aromatic amino acid residues.

Um die Existenz solcher, erstmals zu definierenden cis/trans Isomeren in sVpr1-96 weiter zu untersuchen, werden erfindungsgemäß folgende kurze Peptide analysiert:
sVpr1-20 (1-MEQAPEDQGP10 QREPYNEWTL-20) und
sVpr21-40 (21-ELLEELKSEA30 VRHFPRIWLH-40)
In order to further investigate the existence of such cis / trans isomers to be defined for the first time in sVpr1-96, the following short peptides are analyzed according to the invention:
sVpr1-20 (1-MEQAPEDQGP 10 QREPYNEWTL-20) and
sVpr21-40 (21-ELLEELKSEA 30 VRHFPRIWLH-40)

In folgenden 1D und 2D NMR-Spektren traten multiple Signale für verschiedene Prolin-Reste auf, welche bei beiden Peptiden, sVpr1-20 und sVpr21-40, vertreten sind. Für sVpr21-40 werden etwa 10% cis-Protein Konformation ermittelt. Ähnlich wurden für sVpr1-20 Signale für drei cis-Proline- Strukturen festgestellt, welche zusammen etwa 30% der Gesamtintensität einnehmen. Zusammengefaßt wird somit festgestellt, daß cis/trans-isomere Formen von Prolin die Ursache für heterogene Konformationen in sVpr1-96 sind. Es kann anhand der NMR Berechnungen an den kurzen Peptiden vorausgesagt werden, daß das gesamte Molekül, sVpr1-96 etwa 40% einzelne cis, 6% Doppel-cis und 0,4% Dreifach-cis Konformation aller Prolin-Reste enthält, nur 59% sollte in der trans-Struktur vorliegen.In the following 1D and 2D NMR spectra, multiple signals appeared for different proline residues, which are present in both peptides, sVpr1-20 and sVpr21-40. For sVpr21-40 about 10% cis-protein conformation determined. Similarly for sVpr1-20 signals for three cis-Proline- Structures determined, which together take up about 30% of the total intensity. Summarized it is thus established that cis / trans isomeric forms of proline are the cause of heterogeneous Conformations in sVpr1-96 are. It can be based on the NMR calculations on the short peptides the entire molecule, sVpr1-96, is predicted to be about 40% single cis, 6% double cis and Containing 0.4% triple-cis conformation of all proline residues, only 59% should be in the trans structure available.

In einen weiteren Schritt der Analyse werden die Prolin-Reste identifiziert, welche hauptsächlich zu dieser Heterogenität beitragen. Diese Prolin-Reste werden dann durch Asparagin in sVpr1-96 in Form eines konservative Austausch ersetzt. Das Ziel dieser Untersuchungen ist es, Prolin durch eine ähnliche Seitenkettenposition zu ersetzen, welche zwar vergleichbare Einflüsse auf die Faltung des Proteinbackbones hat, jedoch keiner cis/trans-Isomerie wie Prolin unterliegt. Der gewählte Austausch von Prolin mit Asparagin basiert auf bereits publizierten Studien zur Korrelationsmatrix von Aminosäureseitenketten und Proteinfaltung (Livingston und Barton, 1996). Solcherart Vpr-Mutanten, welche dann keiner cis/trans-Isomerie mehr unterliegen, werden für Strukturaufklärung mittels NMR als auch zur Kristallisation eingesetzt. Die biologischen Aktivitäten solcher Prolin-Asparagin-Mutanten wird nachträglich bestimmt.In a further step of the analysis, the proline residues are identified, which are mainly related to contribute to this heterogeneity. These proline residues are then shaped by asparagine in sVpr1-96 replaced by a conservative exchange. The goal of this research is to use proline by a similar method To replace side chain position, which has comparable influences on the folding of the Has protein backbones, but is not subject to cis / trans isomerism like proline. The chosen exchange of proline with asparagine is based on previously published studies on the correlation matrix of Amino acid side chains and protein folding (Livingston and Barton, 1996). Such Vpr mutants, which are then no longer subject to cis / trans isomerism are used for structure elucidation by means of NMR and also used for crystallization. The biological activities of such proline-asparagine mutants will be determined later.

Beispiel 6: Material und MethodenExample 6: Material and methods Beispiel 6a: Molekulare HIV-1-Klone und Plasmid-KonstruktionExample 6a: HIV-1 molecular clones and plasmid construction

Zur Herstellung von T-Zell-tropen Viren des molekularen Klons NL4-3 wurde das bereits publizierte Plasmid pNL4-3 (Adachi et al., 1986) verwendet und für die Herstellung von Makrophagen-tropen Viren das bereits publizierte Plasmid pNL4-3(AD8) (Schubert et al., 95; Freed et al., 1995; Freed und Martin, 1994). Dieses Plasmid kodiert den molekularen Klon eines chimären Makrophagen-tropen Virus, in welchem das env Gen des primären Makrophagen-tropen Virus AD8 (Theodore et al., 1995) mit dem des T-Zell-tropen Klones NL4-3 ausgetauscht wurde (Freed und Martin, 1994). Für die Replikationskompetenz von HIV-1 in Monozyten/Makrophagen ist ein Abschnitt des env Gens, einschließlich des V3-Loops, notwendig (Schubert et al., 95; Freed et al., 1995; Freed und Martin, 1994; O'Brien et al., 1990; Shioda et al., 1991). Zur Herstellung der vpr-defizienten Mutante pNL(AD8)-DR wurde das Plasmid pNL4-3(AD8) mit dem Enzym EcoRI linearisiert (Basenpaarposition 5743), die überhängenden Enden wurden mit DNA-Polymerase I aufgefüllt und anschließend religiert. Dadurch ergibt sich eine Frameshift-Mutation im vpr-Leserahmen, resultierend in der Expression eines N-terminalen Fragmentes von Vpr, welches keine der bislang beschriebenen biologischen Aktivitäten von Vpr ausüben kann.This has already been published for the production of T cell tropic viruses of the molecular clone NL4-3 Plasmid pNL4-3 (Adachi et al., 1986) used and for the preparation of macrophage tropics Viruses the previously published plasmid pNL4-3 (AD8) (Schubert et al., 95; Freed et al., 1995; Freed and Martin, 1994). This plasmid encodes the molecular clone of a chimeric macrophage tropic  Virus in which the env gene of the primary macrophage-tropical virus AD8 (Theodore et al., 1995) with which the T cell tropic clone NL4-3 was exchanged (Freed and Martin, 1994). For the Replication competence of HIV-1 in monocytes / macrophages is a section of the env gene including the V3 loop, necessary (Schubert et al., 95; Freed et al., 1995; Freed and Martin, 1994; O'Brien et al., 1990; Shioda et al., 1991). To produce the vpr-deficient mutant pNL (AD8) -DR, the plasmid pNL4-3 (AD8) was linearized with the enzyme EcoRI (base pair position 5743), the overhanging ends were filled with DNA polymerase I and then religated. This results in a frameshift mutation in the vpr reading frame, resulting in the expression of one N-terminal fragment of Vpr, which does not have any of the biological activities described so far from Vpr can exercise.

Beispiel 6b: ZellkulturExample 6b: Cell culture

Hela Zellen wurden in Dulbeccos' modifizierten Eagle's Medium (DMEM) mit 10% fötalem Kälberserum kultiviert. PBMCs ("peripheral blood monocuclear cells") wurden durch Gradientenisolation von Blut-Lymphozyten gesunder HIV-1-seronegativer Individuen gewonnen, portioniert und in flüssigem Stickstoff bis zur Verwendung eingefroren. Zwei Tage vor Infektion wurden PBMC-Kulturen durch Inkubation mit Phytohämagglutinin (PHA, 1 mg/ml) und humanem Interleukin-2 (hIL-2, 20 U/ml) stimuliert, die Behandlung mit hIL-2 wurde anschließend für den gesamten Zeitraum der Kultivierung weitergeführt.Hela cells were grown in Dulbeccos' modified Eagle's Medium (DMEM) with 10% fetal Calf serum cultivated. PBMCs ("peripheral blood monocuclear cells") were performed by Gradient isolation of blood lymphocytes obtained from healthy HIV-1 seronegative individuals, portioned and frozen in liquid nitrogen until use. Two days before infection PBMC cultures were incubated with phytohaemagglutinin (PHA, 1 mg / ml) and human Interleukin-2 (hIL-2, 20 U / ml) stimulated, the treatment with hIL-2 was then for the continued throughout the cultivation period.

MDM ("monocyte-derived macrophages") wurden durch Elutration entsprechend bereits publizierter Methoden gewonnen (Schubert et al., 1995; Ehrenreich et al., 1993). Adhärente Kulturen von MDM wurden zunächst präkultiviert in DMEM supplementiert mit Glucose (4.5 g/L), Penicillin (50 U/ml), Streptomycin (50 mg/ml) und L-Glutamin (2 mM), Natrium Pyruvat (1 mM) und 10% humanes Serum nach einer modifizierten Methode von Lazdins et al. (1990). Nach einer 2-wöchigen Differenzierungsphase wurden MDM resuspendiert, geerntet, in einer Konzentration von 0.5 × 106 Zellen/ml replatiert und weitere zwei Tage vor Infektion inkubiert.MDM ("monocyte-derived macrophages") were obtained by elutriation in accordance with previously published methods (Schubert et al., 1995; Ehrenreich et al., 1993). Adherent cultures of MDM were first precultivated in DMEM supplemented with glucose (4.5 g / L), penicillin (50 U / ml), streptomycin (50 mg / ml) and L-glutamine (2 mM), sodium pyruvate (1 mM) and 10% human serum according to a modified method by Lazdins et al. (1990). After a 2-week differentiation phase, MDM were resuspended, harvested, replated at a concentration of 0.5 × 10 6 cells / ml and incubated for a further two days before infection.

Als Kontrolle für potentielle Kontaminationen der MDM-Kulturen mit CD4+ T-Lymphozyten, wurde jeweils eine parallele Kultur der präparierten MDM-Isolate ebenfalls mit dem T-Zell-tropen Virus NL4- 3 inkubiert. Eine Infektion und Replikation des T-Zell-tropen Virus konnte in keinen der verwendeten MDM-Kulturen festgestellt werden, eine Tatsache, welche die Abwesenheit von CD4+ T-Lymphozyten in allen MDM-Präparationen attestiert.As a control for potential contamination of the MDM cultures with CD4 + T lymphocytes, a parallel culture of the prepared MDM isolates was also incubated with the T cell tropic virus NL4-3. Infection and replication of the T cell tropical virus could not be found in any of the MDM cultures used, a fact which attests to the absence of CD4 + T lymphocytes in all MDM preparations.

Beispiel 7: Transfektion und Gewinnung von VirusstocksExample 7: Transfection and extraction of virus stocks

Für die Herstellung von Virus-Präparaten wurde Plasmid-DNA von molekularer HIV-1-DNA unter Anwendung der Kalzium-Phosphat-Präzipitationsmethode in HeLa-Zellen transfiziert. Dazu wurden konfluente Kulturen von Hela-Zellen (5 × 106 Zellen) mit 25-microg Plasmid DNA in Kalziumphosphat- Kristallen, hergestellt nach einer Methode von Graham und von der Eb (1973), inkubiert und anschließend einem Glycerol-Schock nach Gorman et al. (1982) unterzogen. Für die Gewinnung von konzentrierten Viruspräparaten wurden zwei Tage nach Transfektion die Zellkulturüberstände geerntet. Anschließend wurden die Zellen sowie deren Bestandteile durch Zentrifugation (1,000 × g, 5 min, 4°C) und Filtration (0.45 microm Porengröße) abgetrennt. Viruspartikel würden durch Ultra-Zentrifugation (Beckman SW55 Rotor, 1.5 hr, 35,000 rpm, 10°C) pelletiert und nachfolgend in 1 ml DMEM Medium resuspendiert. Die Viruspräparate wurden durch Filtration sterilisiert (0.45 microm Porengröße) und portioniert eingefroren (-80°C). Einzelne Viruspräparate wurden durch Bestimmung der RT(Reverse Transkriptase)-Aktivität, und zwar anhand eines bereits beschriebenen Tests (Willey et al, 1988), unter Verwendung von [32P]-TTP Einbau in ein oligo(dT)-poly(A) Template standardisiert.For the preparation of virus preparations, plasmid DNA from molecular HIV-1 DNA was transfected into HeLa cells using the calcium phosphate precipitation method. For this purpose confluent cultures of Hela cells (5 × 10 6 cells) with 25-microg plasmid DNA in calcium phosphate crystals, produced by a method by Graham and von Eb (1973), were incubated and then a glycerol shock according to Gorman et al. (1982). The cell culture supernatants were harvested two days after transfection to obtain concentrated virus preparations. The cells and their constituents were then separated off by centrifugation (1,000 × g, 5 min, 4 ° C.) and filtration (0.45 microm pore size). Virus particles were pelleted by ultra-centrifugation (Beckman SW55 rotor, 1.5 hr, 35,000 rpm, 10 ° C.) and subsequently resuspended in 1 ml DMEM medium. The virus preparations were sterilized by filtration (0.45 microm pore size) and frozen in portions (-80 ° C). Individual virus preparations were determined by determining the RT (reverse transcriptase) activity, using a test already described (Willey et al, 1988), using [ 32 P] -TTP incorporation in an oligo (dT) poly (A) Standardized template.

Beispiel 8: 1H NMR an sVprExample 8: 1 H NMR on sVpr

1D and 2D 1H NMR Spektren wurden an einem DMX 600 Bruker NMR-Spektrometer ohne spinning bei 300°K aufgenommen. Die Spektren wurden geeicht an dem Restproton des Lösungsmittels Trifluorethanol bei 3.95 ppm. Weitere Details werden in der Legende zu den Figuren gegeben.1D and 2D 1 H NMR spectra were recorded on a DMX 600 Bruker NMR spectrometer without spinning at 300 ° K. The spectra were calibrated on the residual proton of the solvent trifluoroethanol at 3.95 ppm. Further details are given in the legend to the figures.

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Legende zu den FigurenLegend to the figures Fig. 1 Fig. 1 Struktur- und Funktionsdomänen in VprStructural and functional domains in Vpr

Folgende Primär- und Sekundär-Strukturelemente in Vpr sind der Aminosäuresequenz des Proteins Vpr von HIV-1NL4-3 zugeordnet: negativ geladener N-Terminus (Markierung (1), Positionen 1-17); Helix alpha-1 (Markierung (2), Positionen 18-37); eine nicht näher definierte Region (Markierung (3), Positionen 38-51); Helix alpha-2 (Markierung (4), Positionen 51-76); basischer C-Terminus (Markierung (8), Positionen 77-96). Überlappend dazu sind weitere Bereiche angezeigt: eine Leuzin- und Isoleuzin-reiche Region, welche auch als Leuzin-Zipper-ähnlich oder auch "LR-Domäne" bezeichnet wird (Markierung (5), Positionen 60-80); eine Region, welche das sich wiederholende Motiv "HF/SRIG" enthält (Markierung (6), Positionen 71-82); den vermutlichen Transmembrananker von Vpr, welcher notwendig für die Ionenkanalaktivität von Vpr ist (Markierung (7), Positionen 52-79).The following primary and secondary structural elements in Vpr are assigned to the amino acid sequence of the protein Vpr of HIV-1NL4-3: negatively charged N-terminus (label ( 1 ), positions 1-17); Helix alpha-1 (marker ( 2 ), positions 18-37); an unspecified region (marker ( 3 ), positions 38-51); Helix alpha-2 (marker ( 4 ), positions 51-76); basic C-terminus (marker ( 8 ), positions 77-96). Overlapping, further areas are shown: a region rich in leucine and isoleucine, which is also referred to as leucine zipper-like or also "LR domain" (marker ( 5 ), positions 60-80); a region containing the repeating motif "HF / SRIG" (marker ( 6 ), positions 71-82); the presumed transmembrane anchor of Vpr, which is necessary for the ion channel activity of Vpr (marker ( 7 ), positions 52-79).

Fig. 2 Fig. 2 Immunologische Reaktivität von polyklonalen Antikörpern spezifisch für sVpr1-96 im Westernblot und ImmunpräzipitationImmunological reactivity of polyclonal antibodies specific for sVpr1-96 im Western blot and immunoprecipitation

Serum von Kaninchen immunisiert mit sVpr1-96, R-96, wurde in Westernblot (A) und Immunpräzipitation (B) getestet. Eine Verdünnungsreihe von 0.01 bis 10 ng sVpr1-96 wurde im SDS- PAGE (12.5% Acryl aide Gel) aufgetrennt (A). Eine ähnliche Verdünnungsreihe an sVpr1-96 wurde mit humanen Serum versetzt, und aus diesem Gemisch wurde mittels dem Serum R-96 das Peptid sVpr1-96 durch Immunpräzipitation isoliert, und nachfolgend ebenfalls im SDS-PAGE aufgetrennt (B). Nach Elektrotransfer auf PVDF-Membranen wurde sVpr1-96 mittels R-96 Antikörpern sowie anschließender Bindung von 125I-Protein G detektiert. Das Autoradiogramm einer 2-Tage-Exposition ist in (A) und (B) dargestellt. Die Positionen von Molekulargewichtsstandardproteinen sind auf der linken Seite, sowie die Positionen von unspezifischen Reaktion mit der schweren (hc) und leichten Kette (1c) der zur Immunpräzipitation eingesetzten Immunglobuline ist auf der rechten Seite angezeigt. Serum from rabbits immunized with sVpr1-96, R-96, was tested in Western blot (A) and immunoprecipitation (B). A dilution series of 0.01 to 10 ng sVpr1-96 was separated in SDS-PAGE (12.5% acrylic aide gel) (A). A similar dilution series of sVpr1-96 was mixed with human serum, and from this mixture the peptide sVpr1-96 was isolated by immunoprecipitation using the serum R-96, and subsequently also separated in SDS-PAGE (B). After electrotransfer to PVDF membranes, sVpr1-96 was detected using R-96 antibodies and subsequent binding of 125I protein G. The autoradiogram of a 2-day exposure is shown in (A) and (B). The positions of standard molecular weight proteins are on the left, and the positions of non-specific reaction with the heavy (hc) and light chain ( 1 c) of the immunoglobulins used for immunoprecipitation are shown on the right.

Fig. 3 Fig. 3 sVpr1-96 aktiviert Virusreplikation und erhöht Zahl lebender Zellen in Kulturen von humanen PBMCsVpr1-96 activates virus replication and increases the number of living cells in cultures of human PBMC

Kulturen von PHA- und IL-2-aktivierte PBMCs wurden mit gleichen infektiösen Dosen folgender Virusstocks infiziert: HIV-1NL4-3 (A, B, C), NL4-3(AD8) (D) sowie der vpu-defizienten Mutante NL(AD8)-UDEL1 (E) und der vpr-defizienten Mutante NL(AD8)deltaR (F). Während des Infektionsexperimentes wurden die Kulturen in Gegenwart von 10 nM sVpr1-96 oder 10 nM des Kontrollpeptides Vpu32-81 kultiviert. Die Virusfreisetzung ist als Profil der Virusassoziierten RT- Aktivität im Zellkulturüberstand dargestellt (A, C, D, E, F). (B) zeigt die Zahl der lebenden Zellen im Experiment von (A).Cultures of PHA and IL-2 activated PBMCs were followed with equal infectious doses Virus stocks infected: HIV-1NL4-3 (A, B, C), NL4-3 (AD8) (D) and the vpu-deficient mutant NL (AD8) -UDEL1 (E) and the vpr-deficient mutant NL (AD8) deltaR (F). During the Infection experiments, the cultures were in the presence of 10 nM sVpr1-96 or 10 nM des Control peptides Vpu32-81 cultured. The virus release is a profile of the virus-associated RT- Activity shown in the cell culture supernatant (A, C, D, E, F). (B) shows the number of living cells in the Experiment from (A).

Fig. 4 Fig. 4 sVpr1-96 aktiviert die Replikationskompetenz von vpr-defizienten HIV-1 Mutanten in Kulturen von primären humanen Monozyten/Makrophagen isoliert von verschiedenen DonorensVpr1-96 activates the replication competence of vpr-deficient HIV-1 mutants in Cultures of primary human monocytes / macrophages isolated from different donors

Parallele Kulturen von ausdifferenzierten MDM-Isolaten gewonnen, von drei verschiedenen Donoren, wurden mit gleichen infektiösen Dosen von gereinigten Virusstocks des Makrophagen-tropen Virus NL4-3(AD8) sowie dessen vpr-defizienten Mutante NL(AD8)deltaR infiziert. Die Virusproduktion wurde über einen Zeitraum von etwa zwei Monaten verfolgt und als Virus-assozierte RT-Aktivität gegen die Zeit aufgetragen.Parallel cultures obtained from differentiated MDM isolates, from three different donors, were treated with equal infectious doses of purified viral stocks of the macrophage-tropic virus NL4-3 (AD8) and its vpr-deficient mutant NL (AD8) deltaR infected. Virus production was followed over a period of about two months and as a virus-associated RT activity plotted against time.

Fig. 5 Fig. 5 2D 1H TOCSY Spektrum2D 1H TOCSY spectrum

(Mischungszeit = 110 ms) einer 2 mM-Lösung of sVpr1-96 in 1 : 1 (V/V) TFE - d2/H2 = bei 300°K. Die Ordinate und Abzisse zeigen die entsprechenden 1D 1H Spektren. Vergrößerungen der Regionen A, B und C werden in Fig. 6 gezeigt.(Mixing time = 110 ms) of a 2 mM solution of sVpr1-96 in 1: 1 (V / V) TFE - d2 / H2 = at 300 ° K. The ordinate and abscissa show the corresponding 1D 1H spectra. Magnifications of regions A, B and C are shown in FIG. 6.

Fig. 6 Fig. 6

Vergrößerte Regionen der 2D TOCSY Spektren, dargestellt in Fig. 5, welche den Wechselwirkungen zwischen den Protonen H-7 and H-2 von Tryptophaneresten (A); H-2 und H-4 von Histidinresten (B), und epsilon-H und alpha-H von Argininresten (C) entsprechen.Enlarged regions of the 2D TOCSY spectra, shown in Figure 5, showing the interactions between protons H-7 and H-2 of tryptophan residues (A); H-2 and H-4 correspond to histidine residues (B), and epsilon-H and alpha-H correspond to arginine residues (C).

Claims (24)

1. Verwendung von synthetischen (s) Peptiden des regulatorischen Virusproteins R (Vpr) Humaner Immundefizienzviren (HIV) zu therapeutischen und/oder diagnostischen Zwecken.1. Use of synthetic peptides of the regulatory virus protein R (Vpr) human Immunodeficiency viruses (HIV) for therapeutic and / or diagnostic purposes. 2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich
  • a) um ein synthetisches (s) Vpr-Protein (sVpr1-96) mit 96 Aminosäuren folgender Zusammensetzung:
    H-Met-Glu-Gln-Ala-Pro-Glu-Asp-Gln-Gly-Pro-Gln-Arg-Glu-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu- Glu-Leu-Leu-Glu-Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Pro-Arg-Ile-Trp-Leu-His- Asn-Leu-Gly-Gln-His-Ile-Tyr-Glu-Thr-Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala-Gly-Val-Glu-Ala-Ile- Ile-Arg-Ile-Leu-Gln-Gln-Leu-leu-Phe-Ile-His-Phe-Arg-Ile-Gly-Cys-Arg-His-Ser-Arg- Ile-Gly-Val-Thr-Arg-Gln-Arg-Arg-Ala-Arg-Asn-Gly-Ala-Ser-Arg-Ser-OH, oder
  • b) um ein N-terminales Peptid (sVpr1-47) mit 47 Aminosäuren folgender Zusammensetzung:
    H-Met-Glu-Gln-Ala-Pro-Glu-Asp-Gln-Gly-Pro-Gln-Arg-Glu-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu- Glu-Leu-Leu-Glu-Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Pro-Arg-Ile-Trp-Leu-His- Asn-Leu-Gly-Gln-His-Ile-Tyr-NH2, oder
  • c) um ein C-terminales Peptid (sVpr48-96) mit 49 Aminosäuren folgender Zusammensetzung:
    Glu-Thr-Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala-Gly-Val-Glu-Ala-Ile-Ile-Arg-Ile-Leu-Gln-Gln-Leu- Leu-Phe-Ile-His-Phe-Arg-Ile-Gly-Cys-Arg-His-Ser-Arg-Ile-Gly-Val-Thr-Arg-Gln-Arg- Arg-Ala-Arg-Asn-Gly-Ala-Ser-Arg-Ser-OH, oder
  • d) um ein Peptid (sVpr1-20) mit 20 Aminosäuren folgender Zusammensetzung:
    H-Met-Glu-Gln-Ala-Pro-Glu-Asp-Gln-Gly-Pro-Gln-Arg-Glu-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu-NH2, oder
  • e) um ein Peptid (sVpr21-40) mit 20 Aminosäuren folgender Zusammensetzung:
    H-Glu-Leu-Leu-Glu-Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Asn-Arg-Ile-Trp-Leu-His-NH2 oder
  • f) um ein Peptid (sVpr1-20(Asn5,10,14)) mit 20 Aminosäuren folgender Zusammensetzung:
    H-Met-Glu-Gln-Ala-Asn-Glu-Asp-Gln-Gly-Asn-Gln-Arg-Glu-Asn-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu-NH2 oder
  • g) um ein Peptid (sVpr21-40(Asn35)) mit 20 Aminosäuren folgender Zusammensetzung:
    H-Glu-Leu-Leu-Glu-Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Asn-Arg-Ile-Trp-Leu-His-NH2 oder
  • h) um ein Peptid (sVpr11-25) mit 15 Aminosäuren folgender Zusammensetzung:
    Gln-Arg-Glu-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu-Glu-Leu-Leu-Glu-Glu- oder
  • i) um ein Peptid (sVpr41-55) mit 15 Aminosäuren folgender Zusammensetzung:
    Asn-Leu-Gly-Gln-His-Ile-Tyr-Glu-Thr-Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala oder
  • j) um ein Peptid (sVpr46-60) mit 15 Aminosäuren folgender Zusammensetzung:
    Ile-Tyr-Glu-Thr-Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala-Gly-Val-Glu-Ala-Ile- oder
  • k) um ein Peptid (sVpr66-80) mit 15 Aminosäuren folgender Zusammensetzung:
    Gln-Leu-leu-Phe-Ile-His-Phe-Arg-Ile-Gly-Cys-Arg-His-Ser-Arg oder
  • l) um ein Peptid (sVpr76-96) mit 21 Aminosäuren folgender Zusammensetzung:
    Cys-Arg-His-Ser-Arg-Ile-Gly-Val-Thr-Arg-Gln-Arg-Arg-Ala-Arg-Asn-Gly-Ala-Ser-Arg-Ser-OH handelt.
2. Use according to claim 1, characterized in that it is
  • a) a synthetic (s) Vpr protein (sVpr1-96) with 96 amino acids of the following composition:
    H-Met-Glu-Gln-Ala-Pro-Glu-Asp-Gln-Gly-Pro-Gln-Arg-Gl-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu- Glu-Leu-Leu-Glu- Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Pro-Arg-Ile-Trp-Leu-His- Asn-Leu-Gly-Gln-His-Ile-Tyr-Glu-Thr- Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala-Gly-Val-Glu-Ala-Ile- Ile-Arg-Ile-Leu-Gln-Gln-Leu-leu-Phe-Ile-His-Phe-Arg-Ile- Gly-Cys-Arg-His-Ser-Arg-Ile-Gly-Val-Thr-Arg-Gln-Arg-Arg-Ala-Arg-Asn-Gly-Ala-Ser-Arg-Ser-OH, or
  • b) an N-terminal peptide (sVpr1-47) with 47 amino acids of the following composition:
    H-Met-Glu-Gln-Ala-Pro-Glu-Asp-Gln-Gly-Pro-Gln-Arg-Gl-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu- Glu-Leu-Leu-Glu- Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Pro-Arg-Ile-Trp-Leu-His-Asn-Leu-Gly-Gln-His-Ile-Tyr-NH 2 , or
  • c) a C-terminal peptide (sVpr48-96) with 49 amino acids of the following composition:
    Glu-Thr-Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala-Gly-Val-Glu-Ala-Ile-Ile-Arg-Ile-Leu-Gln-Gln-Leu- Leu-Phe-Ile-His-Phe- Arg-Ile-Gly-Cys-Arg-His-Ser-Arg-Ile-Gly-Val-Thr-Arg-Gln-Arg-Arg-Ala-Arg-Asn-Gly-Ala-Ser-Arg-Ser-OH, or
  • d) a peptide (sVpr1-20) with 20 amino acids of the following composition:
    H-Met-Glu-Gln-Ala-Pro-Glu-Asp-Gln-Gly-Pro-Gln-Arg-Glu-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu-NH 2 , or
  • e) a peptide (sVpr21-40) with 20 amino acids of the following composition:
    H-Glu-Leu-Leu-Glu-Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Asn-Arg-Ile-Trp-Leu-His-NH 2 or
  • f) a peptide (sVpr1-20 (Asn 5,10,14 )) with 20 amino acids of the following composition:
    H-Met-Glu-Gln-Ala-Asn-Glu-Asp-Gln-Gly-Asn-Gln-Arg-Glu-Asn-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu-NH 2 or
  • g) a peptide (sVpr21-40 (Asn 35 )) with 20 amino acids of the following composition:
    H-Glu-Leu-Leu-Glu-Glu-Leu-Lys-Ser-Glu-Ala-Val-Arg-His-Phe-Asn-Arg-Ile-Trp-Leu-His-NH 2 or
  • h) a peptide (sVpr11-25) with 15 amino acids of the following composition:
    Gln-Arg-Glu-Pro-Tyr-Asn-Glu-Trp-Thr-Leu-Glu-Leu-Leu-Glu-Glu or
  • i) a peptide (sVpr41-55) with 15 amino acids of the following composition:
    Asn-Leu-Gly-Gln-His-Ile-Tyr-Glu-Thr-Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala or
  • j) a peptide (sVpr46-60) with 15 amino acids of the following composition:
    Ile-Tyr-Glu-Thr-Tyr-Gly-Asp-Thr-Trp-Ala-Gly-Val-Glu-Ala-Ile- or
  • k) a peptide (sVpr66-80) with 15 amino acids of the following composition:
    Gln-Leu-leu-Phe-Ile-His-Phe-Arg-Ile-Gly-Cys-Arg-His-Ser-Arg or
  • l) a peptide (sVpr76-96) with 21 amino acids of the following composition:
    Cys-Arg-His-Ser-Arg-Ile-Gly-Val-Thr-Arg-Gln-Arg-Arg-Ala-Arg-Asn-Gly-Ala-Ser-Arg-Ser-OH.
3. Verwendung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um sVpr-Proteine handelt, in denen die N-terminale Domäne der sVpr-Proteine in einem, mehreren oder allen vier Prolin-Reste mutiert ist.3. Use according to claim 1 and 2, characterized in that it is sVpr proteins acts in which the N-terminal domain of the sVpr proteins in one, several or all four Proline residues are mutated. 4. Verwendung nach Anspruch 1 bis 3 zur Herstellung von poly- und monoklonalen Vpr-spezifischen Antikörpern oder Antiseren.4. Use according to claim 1 to 3 for the production of poly- and monoclonal Vpr-specific Antibodies or antisera. 5. Verwendung nach Anspruch 1 bis 4 zur Gewinnung von Epitop-differenten Vpr-spezifischen Antkörpern.5. Use according to claim 1 to 4 for the production of epitope-different Vpr-specific Antibodies. 6. Verwendung von Antikörpern nach Anspruch 4 und 5 in serologischen Testverfahren.6. Use of antibodies according to claim 4 and 5 in serological test methods. 7. Verwendung nach Anspruch 4 bis 6 in einem Vpr-Antigen(Ag)-ELISA.7. Use according to claim 4 to 6 in a Vpr antigen (Ag) ELISA. 8. Verwendung nach Anspruch 1 und 7 zum Nachweis und zur Konzentrationsbestimmung von viralem Vpr im Blut HIV-infizierter Individuen.8. Use according to claim 1 and 7 for the detection and determination of the concentration of viral Vpr in the blood of HIV-infected individuals. 9. Verwendung von sVpr-Proteinen nach Anspruch 1 bis 8 als Standard-Antigen für die Eichung von Vpr-Ag-ELISA-Techniken.9. Use of sVpr proteins according to claim 1 to 8 as a standard antigen for the calibration of  Vpr-Ag ELISA techniques. 10. Verwendung von sVpr-Proteinen nach Anspruch 1 bis 3 für in vitro Testsysteme zur Bestimmung von Vpr-Antagonisten.10. Use of sVpr proteins according to claim 1 to 3 for in vitro test systems for determination by Vpr antagonists. 11. Verwendung nach Anspruch 10 zur Komplementierung der Funktion von endogenen, viralen Vpr in Zellkulturen, die mit vpr-defizienten HIV-Mutanten infiziert sind.11. Use according to claim 10 for complementing the function of endogenous, viral Vpr in Cell cultures infected with vpr-deficient HIV mutants. 12. Verwendung nach Anspruch 10 und 11 zur Komplementierung der Funktion von viralem Vpr in Kulturen von primären humanen Lymphozyten, die mit vpr-defizienten HIV-Mutanten infiziert sind.12. Use according to claim 10 and 11 for complementing the function of viral Vpr in Cultures of primary human lymphocytes infected with vpr-deficient HIV mutants are. 13. Verwendung nach Anspruch 10 und 11 zur Komplementierung der Funktion von viralen Vpr in Kulturen von ausdifferenzierten primären humanen Monozyten/Makrophagen, die mit vpr- defizienten HIV-Mutanten infiziert sind.13. Use according to claim 10 and 11 for complementing the function of viral Vpr in Cultures of differentiated primary human monocytes / macrophages, which with vpr- deficient HIV mutants are infected. 14. Verwendung nach Anspruch 10 bis 13 zur Bestimmung von Reagenzien, die
  • a) die Wechselwirkung von Vpr mit zellulären Faktoren, wie zum Beispiel mit dem Glucocorticoid- Rezeptor, Transkriptionsfaktoren und anderen DNA-interagierenden Enzymen und Faktoren unterbinden;
  • b) die Transkriptions-aktivierende Wirkung von Vpr verhindern;
  • c) die Aktivität von Vpr auf die Wirkung von Steroidhormone regulieren, beeinflussen oder verhindern;
  • d) den Transport von Vpr allein oder im Verbund mit anderen Komponenten des HIV- Präintegrationskomplexes regulieren, beeinflussen oder verhindern;
  • e) den Einbau von Vpr in Viruspartikel während der HIV-Assemblierung regulieren, beeinflussen oder verhindern;
  • f) den Vpr induzierten Zellzyklusarrest regulieren, beeinflussen oder verhindern
  • g) den Effekt von Vpr auf Zelldifferenzierung und Zellwachstum regulieren, beeinflussen oder verhindern
  • h) die zytotoxischen Effekte von Vpr regulieren, beeinflussen oder verhindern
  • i) die Ionenkanalaktivität von Vpr regulieren, beeinflussen oder verhindern
14. Use according to claim 10 to 13 for the determination of reagents
  • a) inhibit the interaction of Vpr with cellular factors such as the glucocorticoid receptor, transcription factors and other DNA-interacting enzymes and factors;
  • b) prevent the transcription activating effect of Vpr;
  • c) regulate, influence or prevent the activity of Vpr on the action of steroid hormones;
  • d) regulate, influence or prevent the transport of Vpr alone or in combination with other components of the HIV pre-integration complex;
  • e) regulate, influence or prevent the incorporation of Vpr into virus particles during the assembly of HIV;
  • f) regulate, influence or prevent the Vpr-induced cell cycle arrest
  • g) regulate, influence or prevent the effect of Vpr on cell differentiation and cell growth
  • h) regulate, influence or prevent the cytotoxic effects of Vpr
  • i) regulate, influence or prevent the ion channel activity of Vpr
15. Verwendung von sVpr-Proteinen nach Anspruch 1 bis 3 für in vivo Testsysteme zur Bestimmung von Vpr-Antagonisten.15. Use of sVpr proteins according to claim 1 to 3 for in vivo test systems for determination by Vpr antagonists. 16. Verwendung von sVpr-Proteinen nach Anspruch 1, 2, 3 und 15 in Tiermodellstudien zur Bestimmung von Funktionen nach Anspruch 14.16. Use of sVpr proteins according to claim 1, 2, 3 and 15 in animal model studies for  Determination of functions according to claim 14. 17. Verwendung von sVpr-Proteinen nach Anspruch 1 bis 3 zur Herstellung konzentrierter Peptid- Lösungen.17. Use of sVpr proteins according to claims 1 to 3 for the production of concentrated peptide Solutions. 18. Verwendung von sVpr-Proteinen nach Anspruch 1, 2, 3 und 17 zur Herstellung spezifischer Vpr- Antagonisten.18. Use of sVpr proteins according to claim 1, 2, 3 and 17 for the production of specific Vpr Antagonists. 19. Verwendung von sVpr-Proteinen nach Anspruch 1, 2, 3, 17 und 18 zur Reduktion der durch die N- terminale Domäne von Vpr induzierten Flexibilität von sVpr-Protein mittels strukturstabilisierenden Faktoren.19. Use of sVpr proteins according to claim 1, 2, 3, 17 and 18 for reducing the N- terminal domain of Vpr induced flexibility of sVpr by means of structure-stabilizing factors. 20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den strukturstabilisierenden Faktoren um
  • a) die UBA2-Domäne des DNA-Reparaturproteins HHR23A, welches an Vpr bindet,
  • b) Fab-Fragmente von Vpr-spezifischen Immunglobulinen oder
  • c) virale Faktoren, insbesondere Komponenten des HIV-1 Gag-Polyproteinprecursurs Pr55Gag, welche im Prozess der Virus-Assemblierung mit Vpr in Verbindung treten, dem humanen Glucocorticoidrezeptor oder Bestandteile davon handelt.
20. Use according to claim 19, characterized in that it is the structure-stabilizing factors
  • a) the UBA2 domain of the DNA repair protein HHR23A, which binds to Vpr,
  • b) Fab fragments of Vpr-specific immunoglobulins or
  • c) viral factors, in particular components of the HIV-1 Gag polyprotein precursor Pr55 Gag , which come into contact with Vpr, the human glucocorticoid receptor or components thereof, in the process of virus assembly.
21. Verwendung von sVpr-Proteinen nach Anspruch 1 bis 3 für in vitro Assemblierung von retroviralen Präintegrationskomplexen.21. Use of sVpr proteins according to claim 1 to 3 for in vitro assembly of retroviral Pre-integration complexes. 22. Verwendung von sVpr-Proteinen nach Anspruch 1, 2, 3 und 21 in in vitro oder in vivo applizierbaren Gentransfermethoden.22. Use of sVpr proteins according to claim 1, 2, 3 and 21 in administrable in vitro or in vivo Gene transfer methods. 23. Verwendung von sVpr-Proteinen nach Anspruch 1, 2, 3, 21 und 22 für Transfektionen, Integration in chromosomale und episomale Wirts-DNA oder andere Gentransfermethoden in eukaryotischen Zellen.23. Use of sVpr proteins according to claim 1, 2, 3, 21 and 22 for transfections, integration in chromosomal and episomal host DNA or other gene transfer methods in eukaryotic Cells. 24. Verwendung von sVpr-Proteinen nach Anspruch 1, 2, 3, 21 und 22 für Gentransfers von in vitro hergestellter und/oder manipulierter Genfragmente in Zellen, Gewebe oder Organismen mit dem Zweck einer gentherapeutischen Applikation.24. Use of sVpr proteins according to claim 1, 2, 3, 21 and 22 for gene transfers from in vitro manufactured and / or manipulated gene fragments in cells, tissues or organisms with the Purpose of a gene therapy application.
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