| Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand (3MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-314255
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.31425
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 7 Januar 2016 |
| Begutachter (Erstgutachter): | PD Dr. Michael Nevels |
| Tag der Prüfung: | 24 Februar 2015 |
| Institutionen: | Medizin > Lehrstuhl für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene |
| Stichwörter / Keywords: | Zytomegalievirus, hCMV, IE1, STAT1, Interferone, angeborene Immunität, immunmodulatorische Funktionen |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 31425 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Das humane Zytomegalievirus (hCMV), der größte Vertreter der human-pathogenen Herpesviren, verursacht lebensbedrohliche Krankheitsbilder bei Menschen mit geschwächtem Immunsystem, wie AIDS- oder Transplantationspatienten. Zudem kann es bei einer diaplazentaren Übertragung des Virus während der Schwangerschaft zu einer schweren Schädigung des ungeborenen Kindes kommen. Dagegen zeigen Immungesunde ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Das humane Zytomegalievirus (hCMV), der größte Vertreter der human-pathogenen Herpesviren, verursacht lebensbedrohliche Krankheitsbilder bei Menschen mit geschwächtem Immunsystem, wie AIDS- oder Transplantationspatienten. Zudem kann es bei einer diaplazentaren Übertragung des Virus während der Schwangerschaft zu einer schweren Schädigung des ungeborenen Kindes kommen. Dagegen zeigen Immungesunde im Rahmen einer hCMV-Infektion nur sehr selten Anzeichen einer ernsthaften Erkrankung.
Die sogenannten immediate early- (IE-) Proteine sind die ersten viralen Genprodukte, die nach der Infektion in den Wirtszellen gebildet werden. Dazu gehört das IE1-Protein, das unter anderem als Transkriptionsaktivator für eine Vielzahl viraler Gene fungiert. Darüber hinaus ist dieses Protein in der Lage, die Genexpression der Wirtszelle zu beeinflussen. So schützt es hCMV unter anderem vor dem Zugriff des angeborenen Immunsystems, indem es in Typ I-Interferon- (IFN-) vermittelte Signalwege eingreift und über deren Blockierung die Transkription antiviral wirksamer Faktoren verhindert. Zusätzlich interagiert IE1 mit Proteinkomplexen des Zellkerns, den sogenannten PML-Körpern, für die ebenfalls eine Bedeutung bei der angeborenen Immunabwehr von Infektionen beschrieben ist. IE1 kann an PML-Körper binden und diese kurze Zeit später zerstören, sodass das virale Protein auch hier immunevasiv wirkt.
Neben diesen hemmenden Eigenschaften besitzt IE1 jedoch auch die Fähigkeit zur Aktivierung von Genen der Wirtszelle. So ist es in der Lage, die Expression einer Reihe von zellulären Zytokinen und anderen Proteinen zu stimulieren, die normalerweise durch IFN-γ (Typ II-IFN) aktiviert werden. Für die IE1-vermittelte Aktivierung dieser Gene ist die Anwesenheit von Typ II-IFN jedoch nicht notwendig. Allerdings ist eine Phosphorylierung des signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1) an Tyrosin 701 erforderlich, die zu dessen nukleärer Translokation und sequenzspezifischer DNA-Bindung und damit zur Aktivierung der Transkription führt.
Um den Organismus nicht durch eine überschießende Reaktion des Immunsystems zu schädigen, unterliegen IFN-induzierte Prozesse einer negativen Rückkoppelung, an der unter anderem Proteine der suppressor of cytokine signaling- (SOCS-) Familie beteiligt sind. Über eine Repression der SOCS3-Transkription greift das IE1-Protein auch in diesen Mechanismus ein und verhindert damit offenbar eine effiziente Herunterregulierung IFN-induzierter Vorgänge.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene IE1-Mutanten hergestellt, die in einem induzierbaren Zellsystem außerhalb der komplexen Vorgänge einer Virusinfektion auf ihre Funktionalität bezüglich der beschriebenen immunmodulatorischen Abläufe untersucht wurden. Dabei stellte sich heraus, dass verschiedene carboxy-terminale Abschnitte im IE1-Protein, und zwar sowohl die acidic domain 2 (AD2) (Aminosäure 421 bis 445) als auch die benachbarten Sequenzen im Bereich der AD1 und Serin/Prolin- (S/P-) reichen Region (Aminosäure 373 bis 420), an der Hochregulierung Typ II-IFN-stimulierter Gene sowie der Suppression von SOCS3 beteiligt sind. Während jedoch für die Induktion Typ II-IFN-stimulierter Gene beiden Domänen eine essenzielle Bedeutung zukommt, ist für die Unterdrückung der SOCS3-Expression im Wesentlichen der Abschnitt AD1-S/P wichtig, wohingegen AD2 nur eine unterstützende Rolle übernimmt. Ein vergleichbares Bild lieferte die Blockierung des Typ I-IFN-vermittelten Signalweges, die ebenfalls hauptsächlich über AD1-S/P und weniger stark über AD2 vermittelt wird, wie sich bereits in früher publizierten Arbeiten gezeigt hatte. Damit erscheint eine komplette Kopplung der drei untersuchten IE1-Funktionen (Inhibition der Typ I-IFN-Antwort, Aktivierung einer Typ II-IFN-ähnlichen Antwort, Inhibition der SOCS3-Expression) unwahrscheinlich, wenngleich es möglich ist, dass die jeweiligen Abschnitte sich in ihrer Funktion unterstützen.
Im Rahmen der Hochregulierung IFN-γ-stimulierter Gene konnte zudem eine direkte oder indirekte Interaktion zwischen STAT1 und IE1 nachgewiesen werden, die ebenfalls über AD1-S/P und AD2 vermittelt wird und ein wesentlicher Bestandteil dieses Prozesses zu sein scheint. Neben der Wechselwirkung mit STAT1 ist möglicherweise auch eine Assoziation mit PML-Körpern, nicht jedoch deren Auflösung, an der Vermittlung der Typ II-IFN-ähnlichen Antwort durch IE1 beteiligt.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde mittels IE1-defizienter Virusmutanten die Bedeutung dieses viralen Proteins für das klinische hCMV-Isolat TB40/E im Hinblick auf seine Replikation unter verschiedenen Infektionsbedingungen sowie die Resistenz gegenüber Typ I- und Typ II-IFN analysiert. Dabei stellte sich heraus, dass IE1 vor allem bei niedriger Infektionsmultiplizität für TB40/E überaus wichtig ist und eine Abwesenheit dieses Proteins unter diesen Bedingungen zu keiner nennenswerten Virusreplikation führt. Für den Schutz vor IFN-vermittelten antiviralen Effekten ist IE1 im Kontext von TB40/E jedoch weitaus weniger bedeutsam als erwartet, sodass davon auszugehen ist, dass neben diesem Protein noch andere virale Faktoren für die effiziente Hemmung IFN-abhängiger Prozesse erforderlich sind.
Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass es sich bei der differentiellen Modulation verschiedener angeborener Immunprozesse durch das hCMV IE1-Protein um Funktionen handelt, die auf überlappenden Bereichen im carboxy-terminalen Abschnitt des viralen Proteins kodiert, aber wahrscheinlich nicht vollständig gekoppelt sind. Diese immunmodulatorischen Aktivitäten des IE1-Proteins spielen bei der Infektion in vivo vermutlich eine größere Rolle als in vitro und könnten künftig für verbesserte antivirale Therapiestrategien genutzt werden.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Human cytomegalovirus (hCMV), the largest representative of human pathogenic herpes viruses, causes life threatening illnesses in people with compromised immune systems, like AIDS or transplant patients. In case of a transplacental transmission during pregnancy, it can also lead to severe damage to the unborn child. In contrast, immunologically normal hosts very rarely show symptoms of a serious ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Human cytomegalovirus (hCMV), the largest representative of human pathogenic herpes viruses, causes life threatening illnesses in people with compromised immune systems, like AIDS or transplant patients. In case of a transplacental transmission during pregnancy, it can also lead to severe damage to the unborn child. In contrast, immunologically normal hosts very rarely show symptoms of a serious disease following hCMV infection.
After infection, the so called immediate early (IE) proteins are the first viral gene products to be expressed in the host cells. One of them is the IE1 protein, which functions as activator of transcription for a variety of viral genes and can also influence the gene expression of the host cell. Thus, it protects hCMV against the innate immune system by interfering with type I interferon (IFN)- mediated pathways and blocking the transcription of antiviral factors. Moreover, IE1 can interact with protein complexes of the nucleus, the so called PML bodies, which also play a role in innate immune defenses against infections. IE1 can bind to PML bodies and disrupts these structures shortly afterwards, thereby providing another means of immune evasion.
Besides these inhibitory functions, IE1 also has the ability to activate genes of the host cell. It can stimulate the expression of several cellular cytokines and other proteins which are normally activated by IFN-γ (type II IFN). However, for IE1-mediated activation of these genes, the presence of type II IFN is not necessary. Nonetheless, the phosphorylation of signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1) at tyrosine 701 is required, which leads to STAT1 nuclear translocation and sequence-specific DNA binding, and thus to transcriptional activation.
To avoid damage to the organism by an overreacting immune system, IFN-induced processes are subject to negative regulation involving proteins of the suppressor of cytokine signaling (SOCS) family. By repressing the transcription of SOCS3, IE1 also interferes with these mechanisms and thereby seems to prevent the efficient downregulation of IFN-induced processes.
As part of this thesis, various mutants of IE1 were created and examined for their functionality regarding the described immunomodulatory activities outside the complex events of virus infection using an inducible system. The results show that different carboxy-terminal regions of the IE1 protein, including acidic domain 2 (AD 2) (amino acids 421-445) and sequences of the adjacent AD1 and serine/proline (S/P)-rich region (amino acids 373-420), are involved in the upregulation of type II IFN-stimulated genes and the suppression of SOCS3. While for the induction of type II IFN-stimulated genes both domains are of essential importance, suppression of SOCS3 expression is mostly mediated by AD1-S/P, and AD2 has only a supporting role. Similar results were obtained concerning the blocking of the type I IFN signaling pathway, which is mediated mainly by AD1-S/P and less soby AD2, as has already been shown in previous publications. Therefore, it seems to be unlikely that the three examined functions of IE1 (inhibition of type I IFN signaling, activation of a type II IFN-like response, inhibition of SOCS3 expression) are completely linked, although it is possible that the respective regions are mutually supportive of their functions.
Regarding the upregulation of IFN-γ-stimulated genes, we could show a direct or indirect interaction between STAT1 and IE1 that is also mediated by AD1-S/P and AD2 and seems to be an integral component of this process. Besides the interaction with STAT1, an association with PML bodies, but not their disruption, may play a role in mediating the type II IFN-like response by IE1.
In the second part of this thesis, the role of IE1 for the clinical hCMV strain TB40/E with respect to its replication under different conditions of infection and to its resistance to type I and type II IFN was analysed using IE1-deficient virus mutants. Here, it turned out that IE1 is especially important at low multiplicity of infection and that, in the absence of this protein, no virus replication is detectable under these conditions. For the protection against IFN-mediated antiviral effects, however, IE1 is less important in TB40/E as expected; so there have to be additional viral factors besides IE1 required for efficient inhibition of IFN-dependent processes.
In summary, the results from this work show that the differential modulation of innate immune processes by the hCMV IE1 protein involves functions that are encoded by overlapping sequences in the carboxy-terminal part of the viral protein, but that are probably not fully linked. These immunomodulatory activities of the IE1 protein may play a more important role during infections in vivo than in vitro and could be used for improved strategies of antiviral therapy in the future.
Metadaten zuletzt geändert: 26 Nov 2020 00:18
Nur für Besitzer und Autoren: Kontrollseite des Eintrags
Downloadstatistik