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Background
Herpesviruses can infect a wide range of animal species. Herpes simplex virus 1 (HSV-1) is one of the eight herpesviruses that can infect humans and is prevalent worldwide. Herpesviruses have evolved multiple ways to adapt the infected cells to their needs, but knowledge about these transcriptional and post-transcriptional modifications is sparse.
Results
Here, we show that HSV-1 induces the expression of about 1000 antisense transcripts from the human host cell genome. A subset of these is also activated by the closely related varicella zoster virus. Antisense transcripts originate either at gene promoters or within the gene body, and they show different susceptibility to the inhibition of early and immediate early viral gene expression. Overexpression of the major viral transcription factor ICP4 is sufficient to turn on a subset of antisense transcripts. Histone marks around transcription start sites of HSV-1-induced and constitutively transcribed antisense transcripts are highly similar, indicating that the genetic loci are already poised to transcribe these novel RNAs. Furthermore, an antisense transcript overlapping with the BBC3 gene (also known as PUMA) transcriptionally silences this potent inducer of apoptosis in cis.
Conclusions
We show for the first time that a virus induces widespread antisense transcription of the host cell genome. We provide evidence that HSV-1 uses this to downregulate a strong inducer of apoptosis. Our findings open new perspectives on global and specific alterations of host cell transcription by viruses.
Visualization of type I immunity using bicistronic IFN-gamma reporter mice in vitro and in vivo
(2006)
IFN-γ is the signature cytokine of Th1 and CD8+ effector cells generated in type I immune responses against pathogens, such as Influenza virus, Sendai virus and the intracellular protozoan parasite Toxoplasma gondii. Understanding the regulation of IFN-γ is critical for the manipulation of immune responses, prevention of immunopathology and for vaccine design. In the present thesis, IFN-γ expression by CD4+ and CD8+ T cells was characterized in detail and the requirement of IFN-γ receptor mediated functions for IFN-γ expression was assessed. Bicistronic IFN-γ-eYFP reporter mice, which allow direct identification and isolation of live IFN-γ expressing cells, were used to visualize IFN-γ expression in vitro and in vivo after infection with the afore mentioned pathogens. Expression of the IFN-γ-eYFP reporter by CD4+ and CD8+ T cells was broadly heterogeneous in vitro and in vivo after infection. Increased expression of the reporter correlated positively with the abundance of IFN-γ transcripts and IFN-γ protein production upon stimulation. eYFP reporter brightness reflected the potential for IFN-γ production, but actual secretion was largely dependent on antigenic stimulation. Increased expression of the reporter also correlated with enhanced secretion of additional proinflammatory cytokines and chemokines and cell surface expression of markers that indicate recent activation. Highly eYFP fluorescent cells were generally more differentiated and their anatomical distribution was restricted to certain tissues. The anatomical restriction depended on the pathogen. IFN-γ expressing CD4+ and CD8+ T cells were generated in IFN-γ receptor deficient reporter mice after infection with Sendai virus or Toxoplasma gondii. However, in the absence of IFN-γ receptor mediated functions, the frequency and brightness of the eYFP reporter expression was altered. Dual BM chimeric mice, reconstituted with wild-type and IFN-γ receptor deficient reporter BM, revealed a T cell-intrinsic requirement for the IFN-γ receptor for optimal IFN-γ expression. Reporter fluorescence intensities were regulated independently of IFN-γ receptor mediated functions. Finally, we propose a model for IFN-γ expression by CD4+ and CD8+ T cells. 2. SUMMARY 10 In summary, the expression of IFN-γ is differentially regulated in CD4+ and CD8+ T cells and after viral or protozoan infections. Additionally, the role of IFN-γ receptor mediated functions for the expression of IFN-γ was determined.
Das Masernvirus (MV) interagiert mit zellulären Rezeptoren auf der Oberfläche von peripheren Blut-Lymphozyten (PBL), die Virus -Bindung und -Aufnahme vermitteln. Wir konnten einen monoklonalen Antikörper mAK 5C6 selektieren, der gegen die Zelloberfläche von B95a Zellen gerichtet ist, die mit MV gut infizierbar sind. Der Antikörper 5C6 inhibiert sowohl die Bindung, als auch die Infektion mit MV Wildtyp- und Vakzine-Stämmen. Ich verwendete eine retrovirale Genbank als Quelle für humane Milz mRNA und Proteine, um ein Screening nach Rezeptoren mit Antikörpern durchzuführen. Mit Hilfe des Antikörpers 5C6 wurde, unter Verwendung von Magnetbeats und FACS-Sortierung, ein erfolgreiches Screening Rezeptor-exprimierender Zellen durchgeführt. Das von mAK 5C6 erkannte Molekül konnte kloniert und als signaling lymphocytic activation molecule (SLAM; CD150) identifiziert werden. Zur Untersuchung der Rezeptorbenutzung verschiedener MV-Stämme wurden CHO-Zellen, die entwe-der rekombinantes CD46 oder SLAM exprimierten, mit 28 Masernvirusstämmen infiziert. Unter den getesteten Viren befanden sich sowohl Vakzine-Stämme, Wildtyp-Stämme mit verschiedener Pass-agierung und rekombinante Viren. Dabei konnte gezeigt werden, dass SLAM ein Rezeptor für MV ist, der sowohl Virusaufnahme und Synzytienbildung für alle getesteten Masernvirusstämme vermittelt. Vor allem Vakzine- und laboradaptierte-Stämme, aber auch eine kleine Fraktion der getesteten Wild-typstämme, konnten sowohl CD46 als auch SLAM verwenden. Durch Verwendung rekombinanter Viren konnte ich zeigen, dass der einzelne Aminosäureaustausch im Hämagglutinin (H) Protein an Position 481 Asn/Tyr (H481NY) determiniert, ob das Virus CD46 verwendet. Der Aminosäureaus-tausch hat keinen Effekt auf die Verwendung von SLAM als Rezeptor was andeutet, dass die Bin-dungsstelle von SLAM und CD46 unterschiedlich ist. Wie bereits für CD46 beschrieben, konnte eine schnelle Rezeptormodulation sowohl auf infizierten als auch uninfizierten Zellen nach Kontakt der MV-Glykoproteine mit SLAM, festgestellt werden. Dabei zeigte sich eine kontaktvermittelte Downregulation nach Vermischung SLAM-positiver Zellen mit per-sistent infizierten BJAB Zellen oder UV-inaktiviertem Virus. SLAM wird schnell von der Zelloberfläche SLAM exprimierender Zelllinien, wie CHO-SLAM, B95a, BJAB, sowie von peripheren Blutlymphozyten (PBL) herunterreguliert. Zusammgefasst: mit SLAM (CD150) wurde ein neuer zellulärer Rezeptor für alle Masernvirusstämme identifiziert.
Weltweit leben ca. 2,5 Mrd. Menschen im Dengue Virus Verbreitungsgebiet. Dengue Virus Infektionen führen zum Dengue Fieber und können bei Re-Infektionen
mit anderen Serotypen das sog. Dengue Schocksyndrom mit einer Letalität von 10% verursachen. Momentan stehen jedoch weder Impfstoffe noch antivirale Substanzen zur Verfügung.
In der vorliegenden Arbeit sollten DENV2-Proteaseinhibitoren entwickelt werden.
Dazu wurde ein in vitro DENV Proteasetest etabliert, für den die DENV Protease in Bakterien exprimiert und anschließend gereinigt wurde. Mit diesem System wurden 144 Verbindungen getestet und Diaryl-Thioether, Thiazole und Zimtsäurederivate als Dengue PIs charakterisiert. Ein Diarythioether (FM 47) wurde an die Proteasestruktur modelliert und nach den Strukturdaten zielgerichtet
derivatisiert. Diese Derivate ihibierten die Protease im mikromolaren Bereich und wurden anschließend in einer Zellkultur getestet. Drei Substanzen -
HWu 11, HWu 51, HWu 62 - zeigten gute bis sehr gute Hemmung in vivo bei 2,5 μM. Die Charakterisierung der Inhibitoren zeigte eine nicht-kompetitive Hemmung.
Die gefundenen Substanzen bilden eine gute Grundlage für die weitere Inhibitorforschung.
Foamyviren (Spumaviridae) werden neuerdings von den übrigen Retroviren (Orthoretroviridae) abgegrenzt. Durch verschiedene Besonderheiten in ihrem Replikationszyklus, wie der Möglichkeit zur intrazellulären Retrotransposition oder der reversen Transkription spät im Vermehrungszyklus, nehmen sie eine funktionale Sonderstellung zwischen Retro-, Hepadnaviren und Retrotransposons ein. Aufgrund des Aufbaus ihres Genoms, das neben dem minimalen Gensatz der einfachen Retroviren Gag, Pro, Pol und Env noch zwei weitere akzessorische Leserahmen aufweist, werden sie zu den komplexen Retroviren gerechnet. Einer dieser zusätzlichen Leserahmen kodiert für den transkriptionalen Transaktivator Tas, der für die Replikation essentiell ist. Ein infektiöser Klon einer genetisch vereinfachten Variante des Primaten Foamy Virus Typ 1 (PFV-1) wurde konstruiert, der den konstitutiv aktiven immediate early gene (IE) Promotor und Enhancer des Cytomegalievirus (CMV) im Kontext einer hybriden LTR trägt. Dieses Konstrukt, sowie ein weiteres mit funktionaler Deletion des Tas-Gens führten nach Transfektion in Zellkulturen zur Freisetzung genetisch vereinfachter, infektiöser Viren, deren Replikationskompetenz und genetische Stabilität nachgewiesen wurde. Die rekombinanten Viren zeigten dabei um etwa drei lg-Stufen erniedrigte Virustiter im zellfreien Kulturüberstand und eine reduzierte Replikationskinetik. Versuche zur Steigerung der erreichbaren Virustiter durch thermisches Aufbrechen der Zellen, Inkubation mit dem demethylierenden Agens 5-Azacytidin (AZC) und Induktion mit dem Transkriptions-Stimulator Natriumbutyrat wurden unternommen, resultierten aber nicht in einer Steigerung der Freisetzung infektiöser Partikel oder der viralen Genexpression. Die Promotor-Aktivität der hybriden LTR wurde in einem transienten Reportergenassay unter Verwendung des Luciferasegens quantifiziert und war mit der der tas-stimulierten foamyviralen LTR vergleichbar. Eine Mutation des DD35E-Motivs im aktiven Zentrum der Integrase zu DA35E führte zur Replikationsunfähigkeit der vereinfachten Viren. Obwohl der Promotor eines nicht integrierenden Virus in die hybride LTR eingeführt wurde, blieb die Integration ein obligates Ereignis für die Replikation der Viren. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass eine genetische Vereinfachung des PFV-1 und Replikation mit einem heterologen Promotor in einer hybriden LTR möglich ist. Damit ist eine Voraussetzung für die Konstruktion PFV-basierter Vektoren zur Gentherapie unter Verwendung gewebespezifischer Promotoren gegeben.
Der Einfluß von Virusinfektion und Impfung auf autoreaktive T-Lymphozyten bei der Multiplen Sklerose
(2002)
In der sogenannten ViMS-Studie, bei der MS-Patienten und gesunde Kontrollpersonen mit einer Influenza-Spaltvakzine geimpft und für einen zum Teil viermonatigen Zeitraum im Verlauf nachbeobachtet wurden, ergab sich weder mit dem sensitiven IFNg-ELISPOT noch mit der quantitativen RT-PCR ein Anhalt für erhöhte Autoimmunreaktivität gegen die zwei untersuchten Myelin-Antigene MBP und MOG. Im Gegensatz dazu konnten mit dem IFNg-ELISPOT-Assay bei einigen gesunden Spendern und MS-Patienten nach natürlichen Atemwegsinfektionen eine erhöhte Frequenz autoreaktiver MBP-spezifischer T-Lymphozyten beobachtet werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit konnten durch Zellkulturinfektionen mit Influenzavirus oder HHV-6 weder an Primärzellkulturen noch in einem etablierten in vitro-Modell für MS-Autoimmunität an MBP-spezifischen T-Zellen eine immunstimulierende Wirkung gezeigt werden. Bei niedrigen Infektionsdosen kam es zur Proliferation einer wahrscheinlich virus-spezifischen Zellpopulation, bei höheren Dosen wurde dieser Effekt durch die bekannte Immunsuppression der in vitro-Infektion mit HHV-6 übertroffen. In einer umfassenden Untersuchung von Serumproben von gesunden Spendern und MS-Patienten in unterschiedlichen Krankheitsphasen wurden trotz sensitiver Nachweismethoden keine erhöhten Antikörper-Titer (IgG/IgM) gegen HHV-6 oder HHV-6-DNA nachgewiesen, woraus geschlossen werden darf, daß die untersuchten Viren keine intrinsische Pathogenität für die Entstehung von Autoimmunität bei der MS aufweisen. Im Vergleich zu der Kontrollgruppe erhöhte Anti-HHV-6-IgG-Titer bei PTX-behandelten MS-Patienten lassen sich als mögliches Epiphänomen durch die immun-modulatorische (Th2-vermittelte) Wirkung des Medikaments deuten. In Zusammenschau aller Ergebnisse dieser Arbeit lassen sich die anfangs angedeuteten Modelle einer virusvermittelten Autoimmunpathogenese der MS nicht eindeutig ein-ordnen. Die Ergebnisse der ViMS-Studie, unterstützt durch zahlreiche Untersuchungen anderer Gruppen, weisen in Bezug auf Schubauslösung oder Verschlechterung auf einen generellen immunaktivierenden Mechanismus im Sinne einer unspezifischen Begleitreaktion durch Infektion aber nicht durch Influenzaschutzimpfung hin. Dabei spielt wohl nicht eine einzelne Virusinfektion die maßgebliche Rolle in einem schon auf immunologischer Ebene recht komplexen Netzwerk, sondern können prinzipiell verschiedene (beliebige) Viren zum Anstoßen einer Autoimmunkaskade beitragen, wenn sie auf einen konstitutionell oder temporär empfänglichen Wirtsorganismus treffen. Dies ist auch vom Infektionsort und –milieu abhängig. Bei der vorliegenden Multifaktorialität und Heterogenität der Subpopulatio-nen sind monolineare Erklärungsansätze bislang zum Scheitern verurteilt gewesen. Aber aus dem Fehlen eines Beweises kann nicht der Beweis für das Fehlen eines Zusammen-hangs zwischen Virusinfektionen und Autoimmunreaktionen geschlossen werden.