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Alle Retroviren prozessieren ihre Pol- und Strukturproteine mit Hilfe der viralen Protease. In dieser Arbeit wurden zentrale Mechanismen der Regulation der foamyviralen Protease untersucht und charakterisiert. Dazu wurde eine chromatographische Virusreinigungsmethode entwickelt und die relative Pol- und Env-Enkapsidierung bestimmt. Foamyviren enthalten weniger Pol als andere Retroviren aber deutlich mehr Env als humane Immunodefizienzviren. Die Pol-Inkorporation könnte durch die limitierte Prozessierung mit nur einer einzigen Schnittstelle in Gag und Pol kompensiert werden. Deshalb wurde untersucht, ob die foamyvirale Protease ein beschränktes Schnittstellenrepertoire aufweist. In Zellkulturen sind die Schnitt-stellenpositionen P2’ und P2 auf die Aminosäurereste Valin und Valin/Asparagin beschränkt. Demnach hat die foamyvirale Protease ein eingeschränkteres Schnittstellenrepertoire als die Protease des humanen Immunodefizienzvirus. Weiterhin wurde hier gezeigt, dass die vollständige reverse Transkription die Prozessierung von Gag voraussetzt und Proteaseaktivität-defiziente oder Gag-Schnittstellen-defiziente Viren keine vollständige cDNA bilden können. Demnach kompensieren Foamyviren die niedrige Proteasekonzentration, indem sie sicherstellen, dass die reverse Transkription erst nach der Gag-Maturation vollendet werden kann.
Weiterhin wird bei humanen Immunodefizienzviren durch die Gag-Maturation die essenzielle Mobilität der wenigen Env-Trimere auf der Hüllmembran getriggert. Die erstmals in dieser Arbeit bei Foamyviren quantifizierte Env-Menge ergab, dass Foamyviren 28 mal mehr Env- pro Gag-Molekül als humane Immunodefizienzviren besitzen. Wahrscheinlich dient dieser hohe Env-Gehalt der Kompensation der eingeschränkten Env-Mobilität, die durch die limitierte Gag-Prozessierung an nur einer carboxyterminalen Schnittstelle verursacht wird.
Da für die Aktivierung der foamyviralen Protease virale Ribonukleinsäure benötigt wird, wurde untersucht, welche Pol-Domänen für die Aktivierung der Protease benötigt werden. Im Gegensatz zur Integrase, deren Deletion in reduzierter Proteaseaktivität resultierte, war die funktionelle RNaseH-Domäne essenziell für die Gag-Prozessierung. Die Substitution der foamyviralen RNaseH durch RNaseH-Domänen von anderen Retroviren resultierte in genomunabhängiger Proteaseaktivität in Zellen und genomabhängiger Proteaseaktivität in den rekombinanten Viren. Demnach scheint die dimerstabilisierende Funktion der RNaseH durch direkte Protein-Protein-Interaktion oder durch unspezifische RNA-Bindung verursacht zu werden.
Recent evidence indicates that foamy viruses (FVs) are the oldest retroviruses (RVs) that we know and coevolved with their hosts for several hundred million years. This coevolution may have contributed to the non-pathogenicity of FVs, an important factor in development of foamy viral vectors in gene therapy. However, various questions on the molecular evolution of FVs remain still unanswered. The analysis of the spectrum of animal species infected by exogenous FVs or harboring endogenous FV elements in their genome is pivotal. Furthermore, animal studies might reveal important issues, such as the identification of the FV in vivo target cells, which than require a detailed characterization, to resolve the molecular basis of the accuracy with which FVs copy their genome. The issues of the extent of FV viremia and of the nature of the virion genome (RNA vs. DNA) also need to be experimentally addressed.
Background:
The foamy viral genome encodes four central purine-rich elements localized in the integrase-coding region of pol. Previously, we have shown that the first two of these RNA elements (A and B) are required for protease dimerization and activation. The D element functions as internal polypurine tract during reverse transcription. Peters et al., described the third element (C) as essential for gag expression suggesting that it might serve as an RNA export element for the unspliced genomic transcript.
Results:
Here, we analysed env splicing and demonstrate that the described C element composed of three GAA repeats known to bind SR proteins regulates env splicing, thus balancing the amount of gag/pol mRNAs. Deletion of the C element effectively promotes a splice site switch from a newly identified env splice acceptor to the intrinsically strong downstream localised env 3′ splice acceptor permitting complete splicing of almost all LTR derived transcripts. We provide evidence that repression of this env splice acceptor is a prerequisite for gag expression. This repression is achieved by the C element, resulting in impaired branch point recognition and SF1/mBBP binding. Separating the branch point from the overlapping purine-rich C element, by insertion of only 20 nucleotides, liberated repression and fully restored splicing to the intrinsically strong env 3′ splice site. This indicated that the cis-acting element might repress splicing by blocking the recognition of essential splice site signals.
Conclusions:
The foamy viral purine-rich C element regulates splicing by suppressing the branch point recognition of the strongest env splice acceptor. It is essential for the formation of unspliced gag and singly spliced pol transcripts.