Today’s therapy of HIV offers patients the opportunity to live almost normally. The life expectancy of HIV patients increased dramatically over the last decades. Nowadays patients are hardly restricted in their way of life. Although side effects under ART are still present, a new therapy in order to be revolutionary needs to finally cure HIV. This remaining task is targeted by many new therapy concepts including genome engineering. A broader distribution of drugs as well as a better education on HIV and safe sex are both able to decrease HIV incidence and mortality worldwide, but after all the curative therapy will remain the last resort.
Designer nucleases such as TALEN and CRISPR/Cas9 are highly promising tools to solve the riddle of curing HIV. The efficiency of CCR5 knock-out introduced by TALEN, is already very high. The off-target activity is rather low and the risk of severe or even lethal side effects seem to be minimal. In my studies I set up protocols for the in-vitro differentiation for both T cells and monocytes/makrophages. Additionally I produced and then delivered TALEN mRNA to CD34+ stem cells derived from cord blood and proved that if designer nucleases are applied to these stem cells, they are able to differentiate physiologically. I obtained CD33+/CD14+/CD4+ monocyte/ macrophage precursors as well as direct T cell progenitors. Especially the monocyte/ makrophage precursors represent actual target cells for HIV and can be used for further functional analysis. Moreover, I have been able to demonstrate that once established in stem cells, the knock-out remains throughout the whole process of differentiation and persists very likely in the finally differentiated mature cells, too. The cleavage efficiencies I observed in the CCR5 locus, ranged between 70% and 97%. This indicates that almost all cells were efficiently genetically modified.
After the protocol for a TALEN based genomic treatment of CD34+ stem cells was introduced and optimized by Emily Meyer in the Cornu lab, I further proved in my studies that the concept of genome engineering HIV target cells by editing their stem cells is at least functional in-vitro. This data strongly suggests that the transplanted cells in human are able to support the patient’s organism in develooping immune cells. The next experiments will have to deal with the issue of in vivo cell differentiation. Furthermore functionality assays have to be performed which show that the concept of CCR5 knock-out cells is valid and really sufficient in inhibiting HIV to infiltrate the organism. Based on these results the new treatment of HIV will be established.

Seit den Anfängen der HIV Therapie hat sich die Behandlung der Patienten insbesondere in den letzten Jahrzehnten stark weiterentwickelt, HIV positive Patienten haben heutzutage weder in ihrer Lebenserwartung noch ihrer Lebensführung mit drastischen Einschränkungen zu rechnen. Dennoch ist es auch heute noch nicht möglich HIV infizierte Patienten vollends zu heilen. Hier müssen die neuen Therapieoptionen, so auch die Gentherapie, ansetzen. Maßnahmen zur Aufklärung über „safe sex“ und HIV, sowie die verbesserte Verteilung von Medikamenten insbesondere in Drittweltländer sind in der Lage die Inzidenz und Prävalenz der HIV Infektionen weltweit zu beeinflussen. Ultima ratio wird aber auch weiterhin die Heilung der Erkrankung bleiben, die nur mit Hilfe neuer kurativen Verfahren realisiert werden kann.
Designer Nukleasen wie TALEN oder CRISPR/Cas9 stellen vielversprechende Werkzeuge im Kampf gegen HIV dar. Die Eliminierung des CCR5 co-receptors, der eine wesentliche Rolle für die Infizierung der Zelle durch HIV darstellt, auf genomischer Ebene lässt sich mit TALEN effektiv durchführen. Ungewünschte „off-targets“ (akzidentiell modifizierte Regionen die nicht der Zielregion entsprechen) werden selten beobachtet. Auch die Wahrscheinlichkeit für toxische Nebenwirkungen erscheint niedrig. Im Rahmen meiner Dissertation konnte ich Protokolle für die in vitro Differenzierung von CD34+ Stammzellen aus Nabelschnurblut in sowohl Monozyten/ Macrophagen als auch T-Zellen etablieren. Des Weiteren ist es mir gelungen TALEN mRNA zu produzieren und diese in die Zellen einzuschleusen, um dann zu zeigen, dass genetisch modifizierte Stammzellen ihr physiologisches Differenzierungspotential während dieses Procedere behalten. Die T-Zell Vorläufer und insbesondere die CD33+/CD14+/CD4+ Monozyten/Macrophagen gelten als direkte Zielzellen von HIV im menschlichen Organismus. Ergänzend zur Analyse des Differenzierungspotentials zeigen meine Ergebnisse, dass die Zielzellen ihren, im „Stammzellalter“ veränderten, genetischen Status während der Reifung zur erwachsenen Zelle beibehalten. Die knock-out Effektivität im CCR5 locus lag in meinen Experimenten bei mindestens 70% und maximal 97%, diese Zahlen belegen: so gut wie alle Stammzellen sind erfolgreich genetisch verändert worden.
Basierend auf Emily Meyers Erkenntnissen zum erfolgreichen „genome editing“ mittels TALEN in CD34+ Stammzellen in der AG Cornu, habe ich mit meiner Arbeit gezeigt, dass zumindest in vitro das Konzept zur genetischen Modifikation von HIV Zielzellen über die Bearbeitung deren Stammzellen funktional ist. Auf Grund dieser Daten kann vermutet werden, dass auch modifizierte Stammzellen, die in den menschlichen Organismus transplantiert wurden, in der Lage sind, funktionsfähige Blut- und Immunzellen zu produzieren. Zukünftige Experimente werden sich mit dieser in vivo Differenzierung beschäftigen müssen. Außerdem muss in einem kontrollierten Umfeld überprüft werden, ob die in den Zellen etablierte Modifikation tatsächlich den erhofften Infektionsschutz gegen HIV bietet und damit auch als Grundlage für eine neue Therapie dienen kann.