TY  - THES
A1  - Valchanova, Stamatova Ralitsa
T1  - Functional analysis of the murine cytomegalovirus genes m142 and m143
N2  - Human cytomegalovirus (HCMV) infection causes clinical symptoms in immunocompromised individuals such as transplantant recipients and AIDS patients. The virus is also responsible for severe complications in unborn children and young infants. The species specificity of HCMV prevents the direct study of mechanisms controlling the infection in animal models. Instead, the murine cytomegalovirus (MCMV) is used as a model system. Human and murine CMVs have large double-stranded DNA genomes, encoding nearly 170 genes. About 30% of the genes are committed to essential tasks of the virus. The remaining genes are involved in virus pathogenesis or host interaction and are dispensable for virus replication. The CMV genes are classified in gene families, based on sequence homology. In the present work, the function of two genes of the US22 gene family was analyzed. The MCMV genes m142 and m143 are the only members of this family that are essential for virus replication. These genes also differ from the remaining ten US22 gene family members in that they lack 1 of 4 conserved sequence motifs that are characteristic of this family. The same conserved motif is missing in the HCMV US22 family members TRS1 and IRS1, suggesting a possible functional homology. To demonstrate an essential role of m142 and m143, the genes were deleted from the MCMV genome, and the mutants were reconstituted on complementing cells. Infection of non-complementing cells with the deletion mutants did not result in virus replication. Virus growth was rescued by reinsertion of the corresponding genes. Cells infected with the viral deletion mutants synthesized reduced amounts of viral DNA, and viral late genes were not expressed. However, RNA analyses showed that late transcripts were present, excluding a role of m142 and m143 in regulation of gene transcription. Metabolic labelling experiments showed that total protein synthesis at late times postinfection was impaired in cells infected with deletion mutants. Moreover, the dsRNA-dependent protein kinase R (PKR) and its target protein, the translation initiation factor 2α (eIF2α) were phosphorylated in these cells. This suggested that the m142 and m143 are required for blocking the PKR-mediated shut-down of protein synthesis. Expression of the HCMV gene TRS1, a known inhibitor of PKR activation, rescued the replication of the deletion mutants, supporting the observation that m142 and m143 are required to inhibit this innate immune response of the host cell.
N2  - Die Infektion mit dem humanen Cytomegalovirus (HCMV) kann bei immunsupprimierten Personen wie Transplantatempfängern oder AIDS Patienten, aber auch bei Neugeborenen klinische Symptome hervorrufen. Die Spezies-Spezifität des humanen CMV lässt keine Untersuchung viraler Mechanismen im Tiermodell zu, jedoch steht mit dem murinen CMV (MCMV) ein geeignetes und verbreitetes Modell zur Verfügung. Beide CMVs besitzen große doppelsträngige DNA Genome, die ca. 170 Gene beinhalten. Hiervon sind ca. 30% essentiell für die virale Replikation. Die anderen Gene sind für die Pathogenesse und Interaktion mit den Wirtszellen von Bedeutung. Die Gene des CMV werden auf Grund von Sequenzhomologien in Familien gruppiert. In der vorliegenden Arbeit wird die Funktion der Gene m142 und m143 des MCMV analysiert. Beide Gene sind die einzigen für die Virusreplikation essentiellen Mitglieder der US22 Genfamilie. Darüber hinaus unterscheiden sie sich von den anderen 10 US22 Mitgliedern darin, daß ihnen eine von vier konservierten Sequenzmotiven fehlt. Dieses fehlende Motiv kommt auch bei den HCMV US22 Mitgliedern TRS1 und IRS1 nicht vor, was einen möglichen Hinweis auf eine funktionelle Homologie gibt. Um die essentielle Rolle der m142 und m143 Gene zu belegen, wurden letztere aus dem MCMV Genom entfernt und die Virusmutanten auf komplimentierenden Zellen rekonstituiert. Die Infektion nicht komplimentierender Zellen mit den Virusmutanten erzeugte keine Infektion, konnte jedoch mit der Reinsertion der Gene wieder hergestellt werden. Infizierte Zellen, die mit den Virusmutanten infiziert wurden, produzierten geringere Mengen viraler DNA. Obwohl die Expression später viraler Gene nicht stattfand, konnten späte virale Transkripte nachgewiesen und somit eine Rolle von m142 und m143 bei der Regulation der viralen Transkription ausgeschlossen werden. In Experimenten, in denen Zellen metabolisch markiert wurden, wurde gezeigt, daß die Gesamtproteinsynthese zu späten Zeitpunkten nach Infektion mit den Virusmutanten gehemmt war. Des weiteren wurde eine Phosphorylierung der dsRNA-abhängigen Proteinkinase R (PKR) sowie des Zielproteins, des Translations Initiationsfaktors 2α (eIF2α), nachgewiesen. Dies läßt vermuten, daß m142 und m143 die PKR-vermittelte Stillegung der Proteinsynthese verhindern. Durch Expression des HCMV TRS1 Gens, einem bekannten Inhibitor der PKR-Aktivierung, konnte die Replikation der Virusmutanten wieder hergestellt werden. Dies unterstützt die Ansicht, daß m142 und m143 für die Inhibition der Angeborenen Immunanwort der infizierten Wirtszelle erforderlich sind.
KW  - Maus
KW  - Cytomegalie-Virus
KW  - Genanalyse
KW  - murine cytomegalovirus
KW  - essential genes
KW  - US22 gene family
KW  - PKR
KW  - protein synthesis shut down
KW  - innate immune response
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-20215
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jurak, Igor
T1  - The molecular mechanism of the Cytomegalovirus species specificity
T1  - Molekulare Mechanismen der Cytomegaloviren Arten Spezifizierung
N2  - Viruses have undergone a coevolution with their hosts, resulting in a specific adaptation to them. Consequently, many viruses have a limited host range. Occasionally, viruses acquire an adaptive mutation, which allows infection and replication in a different species as shown recently for the human immunodeficiency virus and influenza virus. Cross-species infections are responsible for the majority of emerging and re-emerging viral diseases. However, little is known about the mechanisms that restrict viruses to a certain host species, and the factors viruses need to cross the species barrier and replicate in a different host. Cytomegaloviruses are prototypes of the beta-herpesvirus subfamily and are highly species specific. They replicate only in cells of their own or a closely related species. The molecular mechanism underlying their species specificity is poorly understood and was investigated in this study. An initial observation showed that murine cytomegalovirus (MCMV) can replicate in human 293 and 911 cells, but not in any other human cells tested. Both cell lines are transformed with adenoviral E1 genes that encode a transcriptional transactivator (E1A) and two suppressors of apoptosis (E1B-55k and E1B-19k). This has led to the hypothesis that these functions are required for MCMV replication in human cells. Further analysis revealed that normal human cells died rapidly after infection of caspase-9-mediated apoptosis. Apoptosis induced by MCMV can be suppressed by broad-spectrum caspase inhibitors, and virus replication can be rescued, indicating a major role of caspases in this process. Furthermore, over-expression of a mitochondria-localized inhibitor of apoptosis, a Bcl-2-like protein, prevented apoptosis induced by this virus. Human cells resistant to apoptosis allowed also an efficient MCMV replication. The important role of Bcl-2-like proteins for cytomegalovirus cross-species infections was subsequently confirmed by inserting the corresponding genes, and other inhibitors of apoptosis and control genes into the MCMV genome. Only recombinant viruses expressing a Bcl-2-like protein were able to replicate in human cells. A single gene of human cytomegalovirus encoding a mitochondrial inhibitor of apoptosis was sufficient to allow MCMV replication in human cells. Moreover, the same principle facilitated replication of the rat cytomegalovirus in human cells. Thus, induction of apoptosis limits rodent cytomegalovirus cross-species infection.
N2  - Viren durchliefen eine gemeinsame Evolution mit ihren Wirtsorganismen, die zu einer spezifischen Anpassung der Viren an ihren jeweiligen Wirt führte. Als Folge dessen verfügen viele Viren über ein eng begrenztes Wirtsspektrum. Gelegentlich machen Viren Veränderungen durch, die es ihnen erlauben, einen neuen Wirt zu infizieren und in ihm zu replizieren, wie dies in jüngster Vergangenheit beim humanen Immundefizienz-Virus oder beim Grippevirus geschehen ist. Spezies-übergreifende Infektionen sind für die meisten neuen und wiederauftauchenden Viruserkrankungen verantwortlich. Allerdings ist bisher wenig über die Mechanismen bekannt, die Viren auf einen bestimmten Wirt beschränken, und welche Faktoren Viren zur Überwindung der Spezies-Barriere und zur Vermehrung in einer neuen Wirtsspezies benötigen. Cytomegaloviren sind Prototypen der beta-Herpesvirus Unterfamilie und verfügen über eine ausgeprägte Spezies-Spezifität. Sie vermehren sich nur in Zellen der eigenen oder einer eng verwandten Wirtsspezies. Der molekulare Mechanismus, der dieser Spezies-Spezifität zugrunde liegt, ist noch weitgehend unbekannt und stellt deshalb das Thema dieser Arbeit dar. Initiale Beobachtungen zeigten, dass sich das Maus-Cytomegalovirus (MCMV) ausschließlich in menschlichen 293 und 911 Zellen, aber keiner anderen getesteten menschlichen Zelle vermehren ließ. Diese beiden Zelllinien sind mit Adenovirus E1-Genen transformiert, die den Transkriptions-Transaktivator E1A sowie zwei Apoptose-Inhibitoren (E1B-55k und E1B-19k) kodieren. Daher lag die Hypothese nahe, dass diese Funktionen benötigt werden, um eine MCMV-Replikation in menschlichen Zellen zu ermöglichen. Außerdem konnte gezeigt werden, dass normale menschliche Zellen nach Infektion rapide absterben, und zwar durch eine Caspase-9-vermittelte Apoptose. Die Induktion der Apoptose durch MCMV lässt sich durch Caspase-Inhibitoren unterdrücken, wodurch die virale Replikation wiederhergestellt wird. Dies deutet auf eine Schlüsselfunktion der Caspasen für diesen Prozess hin. Durch Überexpression eines mitochondrialen Apoptose-Inhibitors, d.h. eines Bcl-2-ähnlichen Proteins, in menschlichen Zellen ließ sich die Virus-induzierte Apoptose verhindern. Diese Zellen erlaubten ebenfalls eine effiziente MCMV-Replikation. Die Bedeutung Bcl-2-ähnlicher Proteine für die Spezies-übergreifende Cytomegalovirus-Infektion wurde sowohl durch die Integration korrespondierender Gene, alsauch durch die Integration anderer Inhibitioren der Apoptose oder von Kontroll-Genen in das MCMV Genom bestätigt. Nur rekombinante Viren, die ein Bcl-2-ähnliches Protein kodieren, konnten in menschlichen Zellen vermehrt werden. Ein einziges Gen des humanen Cytomegalovirus, das einen mitochondrialen Apoptose-Inhibitor kodiert, reichte aus, um eine MCMV-Replikation in menschlichen Zellen zu ermöglichen. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass dieselben Prinzipien für eine Replikation des Ratten-Cytomegalovirus in menschlichen Zellen gelten. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Induktion der Apoptose eine Spezies-übergreifende Infektion bei den Nagetier-Cytomegaloviren einschränkt.
KW  - Cytomegalie-Virus
KW  - Art
KW  - Spezifität
KW  - Molekularbiologie
KW  - cytomegaloviren
KW  - Bcl-2
KW  - apoptose
KW  - cytomegalovirus
KW  - Bcl-2
KW  - apoptosis
KW  - species specificity
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-19233
ER  -