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Die Integration der viralen DNA in die des Wirtsgenoms ist ein essentieller Schritt im Lebenszyklus der Retroviren. Das wissenschaftliche Interesse an der Analyse von retroviralen Integrationsmustern ist, vor allem in Hinblick auf die Anwendung von retroviral basierten Vektoren in der somatischen Gentherapie, neu angefacht worden. Entgegen der Annahme, dass die retrovirale Integration dem Zufallsprinzip folgend stattfindet, konnten in den letzten Jahren für verschiedene Genera der Retroviren virusspezifische Integrationsmuster enthüllt werden, die auf eine Bevorzugung von bestimmten chromosomalen Regionen hindeuten, deren Mechanismen noch nicht ausreichend geklärt sind. Für die Sicherheit von therapeutisch anwendbaren Vektoren ist die Analyse von retroviralen Intgerationsmuster daher unerlässlich geworden. Foamyvirus (FV)-basierte Vektoren besitzen ein großes Potential, in der somatischen Gentheraphie ihre Anwendung zu finden, so dass eine Analyse ihrer Integrationsmuster im humanen Genom erforderlich ist. Hierfür wurden humane 293-Zellen mit FV-basierten Vektoren transduziert und mittels inverser PCR 628 FV-Integrationsstellen kloniert, die zur Analyse von verschieden Aspekten des foamyviralen Integrationsmusters im humanen Genom lokalisiert wurden. Als Vergleich und als Kontrolle wurden 141 Murine Leukämie Virus-(MLV)- und 87 Humane Immundefiziens Virus-(HIV)-Integrationsstellen ebenfalls kloniert und analysiert. Im Vergleich zu HIV, welches die Integration in Gene bevorzugt, und MLV, welches eine starke Präferenz zur Integration in regulatorische Bereiche in der Nähe von Transkriptionsstartstellen (TSS) von Genen besitzt, konnten mit den hier ermittelten FV-Daten weder Präferenzen zur Integration in Gene, noch starke Präferenzen für regulatorische Bereiche beobachtet werden. Eine leichte Bevorzugung zur Integration in der Nähe der TSS war zu erkennen, die allerdings deutlich schwächer ausfiel als bei MLV. Weiterhin wurden bei der Betrachtung der Basenzusammensetzungen in der Umgebung der FV-Integrationsstellen statistisch signifikante Präferenzen für bestimmte Basen an bestimmten Positionen beobachtet, die ein schwaches Palindrom bildeten, dessen Symmetrieachse sich im Zentrum der nach der Integration duplizierten zellulären Sequenz sich befand. Eine aktive Teilnahme von mit der viralen Integrase (IN) interagierenden zellulären Proteinen an der retroviralen Integrationsreaktion in vivo und an der Wahl der retroviralen Integrationsstellen ist sehr wahrscheinlich. Solche mit der IN interagierende zelluläre Proteine sind für FV noch unbekannt, so dass hierfür ein experimentelles Testsystem etabliert wurde. Mit Hilfe von humanen Zellen, welche mittels retroviralem Gentransfer stabil C-terminal mit einem FLAG-Peptid fusionierte FV IN-Proteine expremierten, wurden in Pull-down-Experimenten und Maldi-Tof-Massenspektrometrie zwei zelluläre Proteine (NF90 und ADAR1) identifiziert, welche mit dem FV IN-Protein interagieren und aufgrund ihrer Spezifitäten potentzielle Kofaktoren der foamyviralen Integration darstellen könnten. Eine RNAi-basierte Runterregulierung der Expression beider Proteine konnte, aufgrund der essentiellen Rolle beider Proteine an der Regulation der Zellteilung, keine experimentellen Daten liefern, die eine Analyse über die Funktion beider Proteine an der Integrationsreaktion von FV zulassen. Die Funktion beider Proteine muss in biochemischen Versuchen noch evaluiert werden und könnte einen interessanten Einblick in die Wechselwirkungen von FV mit ihrem Wirt liefern. Neben der Identifikation der zwei mit der IN interagierenden zellulären Proteine zeigen die hier präsentierten Daten zusammenfassend, dass das Integrationsmuster der FV sich von MLV und HIV-1 unterscheidet und nahezu dem Zufallsprinzip folgt. Aufgrund der im Vergleich zu MLV deutlich schwächeren Präferenz zur Integration in der Nähe von regulatorischen Bereichen und der im Vergleich von HIV-1 überhaupt nicht vorhandene Bevorzugung zur Integration in Gene stellen FV-basierte Vektoren interessante alternative Vektorsysteme für die somatische Gentheraphie dar.
Spuma- or foamy viruses (FV), endemic in most non-human primates, cats, cattle and horses, comprise a special type of retrovirus that has developed a replication strategy combining features of both retroviruses and hepadnaviruses. Unique features of FVs include an apparent apathogenicity in natural hosts as well as zoonotically infected humans, a reverse transcription of the packaged viral RNA genome late during viral replication resulting in an infectious DNA genome in released FV particles and a special particle release strategy depending capsid and glycoprotein coexpression and specific interaction between both components. In addition, particular features with respect to the integration profile into the host genomic DNA discriminate FV from orthoretroviruses. It appears that some inherent properties of FV vectors set them favorably apart from orthoretroviral vectors and ask for additional basic research on the viruses as well as on the application in Gene Therapy. This review will summarize the current knowledge of FV biology and the development as a gene transfer system.
Background
Platelets are small anucleate cells that circulate in the blood in a resting state but can be activated by external cues. In case of need, platelets from blood donors can be transfused. As an alternative source, platelets can be produced from induced pluripotent stem cells (iPSCs); however, recovered numbers are low.
Objectives
To optimize megakaryocyte (MK) and platelet output from murine iPSCs, we investigated overexpression of the transcription factors GATA‐binding factor 1 (GATA1); nuclear factor, erythroid 2; and pre–B‐cell leukemia transcription factor 1 (Pbx1) and a hyperactive variant of the small guanosine triphosphatase RhoA (RhoAhc).
Methods
To avoid off‐target effects, we generated iPSCs carrying the reverse tetracycline‐responsive transactivator M2 (rtTA‐M2) in the Rosa26 locus and expressed the factors from Tet‐inducible gammaretroviral vectors. Differentiation of iPSCs was initiated by embryoid body (EB) formation. After EB dissociation, early hematopoietic progenitors were enriched and cocultivated on OP9 feeder cells with thrombopoietin and stem cell factor to induce megakaryocyte (MK) differentiation.
Results
Overexpression of GATA1 and Pbx1 increased MK output 2‐ to 2.5‐fold and allowed prolonged collection of MK. Cytologic and ultrastructural analyses identified typical MK with enlarged cells, multilobulated nuclei, granule structures, and an internal membrane system. However, GATA1 and Pbx1 expression did not improve MK maturation or platelet release, although in vitro–generated platelets were functional in spreading on fibrinogen or collagen‐related peptide.
Conclusion
We demonstrate that the use of rtTA‐M2 transgenic iPSCs transduced with Tet‐inducible retroviral vectors allowed for gene expression at later time points during differentiation. With this strategy we could identify factors that increased in vitro MK production.