Polyomavirus diversity and inflammatory chemokines

Die geplante Studie setzt sich zum Ziel, neue klinische Marker für eine schwerwiegende Viruserkrankung, die vor allem bei Nierentransplantierten auftritt, zu finden. Dabei handelt es sich um die Polyomavirus-assoziierte Nephropathie (PVAN), die vorwiegend durch das BK-Virus und zum Teil auch durch das JC Virus (jeweils benannt nach den Initialen der Patienten, bei denen die Viren erstmalig nachgewiesen werden konnte) verursacht wird. BK-Virus und JC-Virus sind zwei von insgesamt 13 Humanen Polyomaviren (HPyVs), die erst vor kurzem entdeckt wurden, eine hohe Durchseuchung in der Bevölkerung aufweisen und bei Immungesunden in der Regel keine Symptome verursachen. Erst durch die immunsuppressive Therapie, die Nierentransplantierte erhalten um die Transplantatabstoßung zu verhindern, kann sich eine PVAN entwickeln, wobei die grundliegenden Mechanismen ihrer Entstehung unbekannt sind. So ist auch ungeklärt, welche Rolle Chemokine bei der PVAN spielen. Chemokine sind immunologische Botenstoffe, die das Anlocken und die Aktivierung von Immunzellen bewirken, und somit entzündliche Prozesse regulieren. Unklar ist bis jetzt auch, ob andere HPyVs (außer BK-Virus und JC-Virus) an der Entstehung der PVAN beteiligt sind, wobei diese Viren einen direkten Schaden im Nierengewebe oder über die Bildung von Chemokinen eine Entzündung bewirken könnten. Hypothese: Das diverse Spektrum verschiedener HPyVs, außer BK-Virus und JC-Virus, und die durch sie gebildeten Chemokine beeinflussen die Entstehung der PVAN und können daher als klinische Marker eingesetzt werden, um die Entwicklung einer PVAB bei Nierentransplantierten frühzeitig zu erkennen. Methoden: In dieser Studie sollen Serumproben von 600 Nierentransplantierten (mit und ohne PVAN) gleichzeitig auf alle 13 HPyVs sowie auf 10 Chemokine untersucht werden. Die HPyVs werden mittels einer genetischen Untersuchung auf virusspezifischer Nukleinsäure quantitativ analysiert, bei der das ganze Spektrum aller 13 HPysVs gleichzeitig bestimmt werden kann. Diese Methode basiert auf der Luminex XMAP (multi-analyte-profiling) Technologie und wurde vor kurzem in Prof. Hedmans Labor in Helsinki etabliert und ist nur dort verfügbar. Die quantitative Bestimmung von 10 Chemokinen (CCL-2, CCL-5, CCL-7, CCL-8, CCL-18, CCL-20, CXCL-9, CXCL-10 und CXCL-16) erfolgt mittels ELISA und ebenfalls auf Basis der Luminex Technologie, bei der durch die Verwendung von mit verschiedenen fluoreszierenden Farbcodes markierten Mikrosphären (Beads), die eine gleichzeitige quantitative Analyse verschiedener Parameter erlauben. Originalität: Dies ist die erste Studie, bei der eine so große Kohorte von Nierentransplantierten umfassend auf eine große Zahl von Chemokinen und gleichzeitig auf das gesamte Spektrum aller bekannten HyPVs untersucht werden, wobei dazu ein neuer Test verwendet wird, der erst vor kurzem an der Universität von Helsinki entwickelt wurde und nur dort verfügbar ist. Ergebnisse dieser Studie könnten entscheidend zum Verständnis, wie die PVAN entsteht, beitragen. Außerdem könnten bestimmte HPyVs in Assoziation mit bestimmten Chemokinmustern als klinische Marker verwendet werden, um Nierentransplantierte, die eine PVAN entwickeln, klinisch zu identifizieren.

Die Studie setzte sich die Untersuchung zum Ziel, ob das Spektrum von 13 Humanen Polyomaviren (HPyV), zusammen mit bestimmten proentzündlichen Botenstoffen des Immunsystems (Chemokinen), die Entstehung der Polyomavirus assoziierten Nephropathie (PVAN), einer schweren Viruserkrankung, die bei Nierentransplantierten auftritt, begünstigen und somit als diagnostische Marker verwendet werden können. Während zwei HPyV, das BK- und das JC-Virus (benannt nach den Initialen der Patienten, bei denen sie erstmals nachgewiesen werden konnten) bereits als Verursacher der PVAN identifiziert worden waren, war bis jetzt vor Allem unklar, ob auch die anderen 11 HPyV, sei es durch eine direkte Gewebeschädigung oder die Induktion von Chemokinen, zur Entstehung der PVAN beitragen. Die Ergebnisse der vorliegenden Virusanalyse zeigen nun, dass die PVAN - in Übereinstimmung mit den Vorarbeiten - durch das BK-Virus (und in wenigen Fällen durch JC-Virus), aber nicht von den 11 zusätzlich untersuchten HPyV verursacht wird. Diese Erkenntnis beruht auf der Untersuchung von 400 Serum- und 386 Harnproben von 98 Nierentransplantierten, die mit einer neu entwickelten Multiplex Methode durchgeführt wurde, die die gleichzeitige Analyse von 13 HPyV in einem einzigen Testansatz ermöglichte. Mittels dieser Multiplex Analyse wurden im Patientenkollektiv 4 der 11 zusätzlich zu BK- und JC-Virus untersuchten HPyV im Serum und/oder Harn nachgewiesen (das Humane Polyomavirus 6, das Merkel-Zell Polyomavirus, das Humane Polyomavirus 9 und das Trichodysplasia spinulosa assoziierte Polyomavirus). Der Nachweis erfolgte dabei in insgesamt 11 Serum- und 21 Harnproben von insgesamt 21 Transplantierten. Bei der Zuordnung der Virusnachweise zu den im Rahmen der klinischen Routinediagnostik erhobenen Befunden (zwecks Definition von PVAN Episoden), zeigte sich, dass die Nachweisrate weder bei Patienten, die nach der Transplantation eine PVAN entwickelten (im Vergleich zu nicht erkrankten Transplantierten), noch zum Zeitpunkt der PVAN Diagnose (während des individuellen Beobachtungszeitraumes) erhöht war. Im Rahmen der zusätzlich durchgeführten Chemokinanalyse konnte jedoch eindeutig gezeigt werden, dass die Progression der BK-Virusreplikation bis hin zur klinischen Manifestation der PVAN eindeutig mit einem schrittweisen und signifikanten Anstieg der Serum- und Harnkonzentration des Chemokins CXCL-10 einhergeht. Gewonnen wurde diese Erkenntnis durch eine quantitative Bestimmung der CXCL-10 Konzentration in 186 Serum/Harnprobenpaaren von 95 Nierentransplantierten, wobei die CXCL-10 Serumkonzentration mit der Konzentration von 3 anderen Chemokinen (CCL-8, CCL-20 und CXCL-16), die ebenfalls gleichzeitig mittels einer Multiplex Analyse gemessen wurden, verglichen wurde. Dabei zeigte sich, dass CXCL-10 im Vergleich zu den anderen untersuchten Chemokinen die statistisch stärkste Assoziation mit dem Auftreten von PVAN hatte, dabei die höchste Vorhersagekraft für diese Viruserkrankung aufwies und somit als klinischer Marker für die PVAN Entstehung in Frage kommt.