MDCK-MRP2 - Dkfz

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Forschungsschwerpunkt F
Infektion und Krebs
Retrovirale Genexpression (F080)
Leiter: Prof. Dr. rer. nat. Rolf Flügel ( - 2/03)
Gastwissenschaftler
Dr. Kenji Kido, Japan (5/00 - 5/02)
Doktoranden
Dipl. Biol. Astrid Schwantes ( - 4/02)
Apothekerin Verena Geiselhart ( - 1/03)
Technischer Mitarbeiter
Helmut Bannert
Wirkungsmechanismen der Genexpression des
humanen Spumaretrovirus (HSRV)
R.M. Flügel
In Zusammenarbeit mit: Mordechai Aboud, Ben-Gurion-University
of the Negev at Beer-Sheva, Israel; Dr. Yoshihori Nakatani,
Dana-Farber-Cancer Institute, Harvard University, Boston, MA,
USA; Dr. Vasily Ogryzko, Institut Andre Lwoff, Villejuif,
Frankreich.
Zusatzfinanzierung: Fond der Chemischen Industrie, BEO.
Die Ziele des Forschungsvorhabens sind die Aufklärung der
Wirkungsmechanismen der Genexpression des humanen
Spumaretrovirus (HSRV), die die Wechselwirkungen der
viralen Proteine mit den Wirtszellen und deren Veränderungen
beinhalten. Das HSRV ist ein komplexes und replikationskompetentes
Retrovirus, das außer den drei charakteristischen
Genen gag, pol und env wie das humane Immundefizienzvirus
HIV-1 mehrere zusätzliche Gene besitzt, die
bel Gene genannt werden, siehe Abb. 1. Humane Spumaviren
sind aus Patienten mit verschiedenen Krankheitsbildern
isoliert worden. Bei diesen Patienten handelte es sich
einerseits um tumorartige Erkrankungen wie Karzinome und
Leukämien, andrerseits um eine Enzephalopathie und Krankheiten
der Schilddrüsen. Daneben ist ein immunsuppressiver
Effekt des Spumavirus bekannt. Auffällig ist der zytopathische
Effekt der Spumaviren in Zellkulturen und in definierten
Hirnregionen HSRV-transgener Mäuse, der durch Ausbildung
von ballonartigen Synzytien verursacht wird.
Eine wesentliche Aufgabe ist, die Funktionen der neuartigen
Bel Gene zu untersuchen und die induzierten, zellulären
Partnermoleküle zu identifizieren. Die entscheidende Frage
ist molekular zu verstehen, wie die apparente Apathogenität
von HSRV-Infektionen,die zur Aktivierung zellulärer Onkogene
führt, in diesem Phänotyp resultiert. Eine weitere
Zielrichtung ist die Entwicklung eines retroviralen Vektorsystems
das für Gentransfer-Experimente gentherapeutisch
eingesetzt werden soll.
Ein essentielles und wichtiges Resultat der Abteilung war
die Identifizierung eines regulatorischen Elements der viralen
Transkription, des internen Promotors des HSRV, siehe
kurzer gebogener Pfeil in Abb. 1. Die Bedeutung des internen
HSRV Promotors liegt darin, daß dieser unter den
bisher bekannten Retroviren neuartige Promotor eine Bel
1-abhängige Transkriptionseinheit früh nach der Infektion
kontrolliert und damit einen Einblick in die Regulation
retroviraler Genexpression liefert. Das Prinzip, das zwei natürlich
vorkommende Promotoren (der am 5' Ende liegende
sog. LTR, Abb. 1, langer Pfeil, und der interne Promotor)
in ein und demselben Retrovirusgenom die Genexpression
steuern, wird genauer untersucht. Unsere Analysen
zeigten, daß der Transaktivator Bel 1 essentiell
für die Genexpression und Infektiösität des HSRV ist
und direkt an die Zielpromotoren zellulärer und viraler Gene
bindet [1].
Abteilung F080
Retrovirale Genexpression
DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003
Um langfristig Einblicke in die in vivo Funktionen der viralen
Genprodukte zu erhalten, wurde das feline Spumaretrovirus
(FFV) kloniert, sequenziert und charakterisiert. Der interne
Promotor des FFV wurde molekular identifiziert.[2]. Überraschenderweise
hat die FFV Proteasedomäne ein aktives
Zentrum, das von der des HSRV und der aller bekanten
Retroviren verschieden ist [3]. Es wurde die Induktion zellulärer
Gene nach HSRV Infektion untersucht unter Verwendung
eines cDNA Mikroarray-Systems. Eine Anzahl bekannter
Transkriptionsfaktoren und zellulärer Wachstumsfaktoren
wurden aktiviert und identifiziert. Es gelang es zu zeigen, daß
diese spezifische Induktion durch den HSRV transkriptionellen
Transaktivator Bel 1 verursacht wird. Besonders stark
wurde der Inhibitor der Cyklin-abhängigen Proteinkinase
(p57Kip2) sowie der Insulinwachstumsfaktor 2 (IGF-II) induziert.
Wir zeigten, dass die spezifische, durch Bel 1-vermittelte
Aktivierung von p57Kip2 auf einer intragenischen DNA Zielsequenz
beruht [1]. Darüberhinaus gelang es, die Bel 1vermittelte
Transaktivierung des internen HSRV Promotors
durch den zellulären Transkriptionsfaktor NFI in vivo zu reprimieren
[4]. Dieses Resultat führte dazu, die direkten
zellulären Koaktivatoren von Bel 1 zu identifizieren [5].
Publikationen (* = externer Koautor)
[1] Kido, K., Doerks, A., Löchelt, M., Flügel, R. M.: Identification
and functional characterization of an intragenic binding site for
the spumaretroviral trans-activator in the human p57Kip2 gene.
J. Biol. Chem. 277 (2002) 12032-12039.
[2] Bodem, J., *Kang Y., Flügel, R. M.: Comparative functional
characterization of the feline foamy virus transactivator reveals
its species specificity. Virology 318 (2004) 32-36.
[3] Kido, K., Bannert, H., *Gronostajski, R. G., Flügel, R. M.:
Bel1-mediated transactivation of the spumaretroviral internal
promoter is repressed by nuclear factor I. J. Biol. Chem. 278
(2003) 11836-11842.
[4] Flügel, R. M., Pfrepper, K.-I.: Foamy virus Gag and Pol
proteolytic processing. Current Topics in Microbiol. Immunol. 248,
(2003) 63-88.
[5] Bannert, H., Muranyi, W., Ogryzko, V., Nakatani, Y., Flügel,
R. M.: Cellular coactivators physically and functionally interact
with the foamy viral trans-activator. BMC Molecular Biology 5
(2004) Art. No. 16.
[6] *Wain-Hobson, S., *Aboud, M., Flügel, R. M.: The hidden
faces and many roots of retrovirus evolution. Virus Genes28
(2004) in press.
Genom Organisation des humanen Spumaretrovirus.
Kurze gebogene Pfeile markieren die Transaktivierung durch Bel1,
das die Genexpression vom internen Promotor (rechtwinkligerr
Pfeil oberhalb von Bel1). Kritische Schwellenwerte des Bel1 Proteins
transaktivieren den 5' LTR Promotor (rechtwinkliger Pfeil)
und exprimiert dadurch die Gene gag, pol, and env. Senkrechte
Pfeile markieren proteolytische Spaltstellen durch die HSRV Protease
(PR); aufwärts gerichtete Pfeile die Spaltstellen, die durch
zelluläre Proteasen geschnitten werden.