Epigenetische Organisation des Cytomegalievirus-Genoms

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-147195
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.14719

Nitzsche, Alexandra

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Date of publication of this fulltext: 02 Jun 2010 09:39

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	2 June 2010
Referee:	Prof. Dr. Gernot Längst and PD Dr. Michael Nevels
Date of exam:	6 May 2010
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie > Lehrstuhl für Biochemie III > Prof. Dr. Gernot Längst
Keywords:	Chromatin, HCMV, Epigenetik, Histonmodifikationen
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	14719

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Abstract (German)

Abstract (German)

Eukaryotische DNA wird durch epigenetische Mechanismen weitreichend reguliert. So werden alle DNA-abhängigen Prozesse von DNA-Methylierung, Chromatinisierungsdichte, Histon-Varianten und posttranslationalen Histon-Modifikationen beeinflusst. Auch das humane Cytomegalievirus (HCMV) unterliegt als nukleär replizierendes DNA-Virus dem Zugriff der epigenetischen Maschinerien der Wirtszelle, so dass eine Modulation des Infektionszyklus auf dieser Ebene naheliegt. Da zu Beginn der vorliegenden Arbeit so gut wie keine Daten zu epigenetischen Effekten während der lytischen HCMV-Infektion vorlagen, sollten die Chromatinisierung und das Histon-Modifikationsmuster am viralen Genom systematisch im Infektionsverlauf analysiert werden.
Dazu wurde mittels verschiedener Techniken wie Chromatinimmunpräzipitation (ChIP), MNase-Verdau, Psoralen-Quervernetzungsanalyse und formaldehyde-assisted isolation of regulatory elements (FAIRE) ein Profil der Chromatinisierung des viralen Genoms im Verlauf der lytischen Infektion erstellt, das sich in vier Phasen einteilen lässt: Sofort nach Eintritt des Genoms in den Wirtszellkern beginnt die DNA-Replikations-unabhängige Besetzung mit Nukleosomen (I), wobei die Besetzungsdichte weit unter der zellulärer DNA bleibt. Nach einer Phase geringer Veränderungen (II) steigt mit Fortschreiten der Infektion die Histonmenge DNA-Replikations-abhängig an weiten Teilen des HCMV-Genoms noch einmal stark an (III), bevor sie gegen Ende des Infektionszyklus wieder merklich absinkt (IV). Durch Kolokalisationsstudien konnten Hinweise auf die Beteiligung der zellulären Chromatinisierungsmaschinerie an der Nukleosomenbesetzung in Phase III erbracht werden. Bezüglich des Histon H3-Modifikationsmusters am HCMV-Genom wurde ein sukzessiver Wandel von einem frühen Heterochromatin-ähnlichen zu einem späten Euchromatin-ähnlichen Zustand ermittelt, wobei die Aktivierungszeitpunkte der verschiedenen viralen Gene sich im Modifikationsmuster widerspiegelten. Daraufhin wurde untersucht, ob sich die Manipulation dieses Musters als Basis einer antiviralen Strategie eignet. Dazu wurden vier Inhibitoren Histon-modifizierender Enzyme eingesetzt, die starke antivirale Effekte zeigten – zumindest die Wirkung von MTA ließ sich auch mit hoher Wahrscheinlichkeit auf Veränderungen im Histon-Modifikationsmuster zurückführen. Die antiviralen Effekte von Curcumin, Chaetocin und Anacardinsäure scheinen hingegen teilweise bzw. größtenteils auf nicht-epigenetischen Wirkmechanismen zu beruhen. Aufgrund der ermittelten Daten konnte schließlich ein vorläufiges Modell zur epigenetischen Regulation der lytischen HCMV-Infektion entwickelt werden.

Translation of the abstract (English)

Eucaryotic DNA is widely regulated by epigenetic mechanisms. Thus, all DNA-dependent processes are influenced by DNA methylation, degree of chromatinisation, histone variants, and posttranslational histone modifications. As a DNA virus replicating in the nucleus, the human cytomegalovirus (HCMV) can also be reached by the epigenetic machinery of the host cell - therefore a modulation of the infection cycle on this level is indicative. At the beginning of this work, only very limited data were available according epigenetic effects during the lytic HCMV infection; thus, the chromatinisation and the histone modification pattern on the viral genome should be analysed systematically during the course of infection.
Therefor a profile of the chromatinisation of the viral genome was generated during the lytic infection cycle using a range of techniques like chromatin immunoprecipitation (ChIP), MNase accessibility assays, psoralen crosslinking, and formaldehyde-assisted isolation of regulatory elements (FAIRE); this profile can be subdivided into four phases: Immediately after entering the host cell nucleus the viral genome becomes associated with nucleosomes in a DNA replication-independent manner (I), but it is much less densely chromatinised than the cellular genome. Following a phase with little changes (II), the histone occupancy of large parts of the viral genome increases strongly in a DNA replication-dependent manner (III) before decreasing again at the end of the infection cycle (IV). Using colocalisation studies a possible contribution of the cellular chromatinisation machinery to the nucleosome deposition in phase III was found. Concerning the histone H3 modification pattern on the virale genome a continuous change from an early heterochromatin-like to a late euchromatin-like state was discovered, whereas the timepoints of activation of the different viral genes resembled the modification pattern. Next, it was analysed if manipulation of this pattern proves useful as a basis of antiviral strategy. To this end four inhibitors of histone-modifying enzymes showing strong antiviral effects were applied – at least the influence of MTA relied most probably on changes in the histone modification pattern. In contrast, the mechanisms of action underlying the antiviral effects of curcumin, chaetocin and anacardic acid seemed to be at least in part non-epigenetic. In conclusion, a preliminary model of epigenetic regulation during lytic HCMV replication was deduced from these results.

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