412 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.
Autoren (* = externer Koautor) A Abdollahi, A. 314, 319, 320 Abschütz, A. 375 Ackermann, K. 79, 81 Adwan, H. 345 Adzerson*, K.H. 179, 180 Aengeneyndt, B. 386 Aguilar Lemarroy, A. 394 Aign, V. 137 Albert, D. 149 Albert, R. 121, 122 Albrecht-Schmitt, A. 185 Albring, J. 246 Aldinger, J. 381 Alonso, A. 402, 403 Altenburg, H.-P. 185 Altevogt, P. 226 Altmann, A. 323, 324, 325, 326 Amann, M. 282 Amtmann, E. 255 Andrecht, S. 60, 61 Angel, P. 59 Apsi, X. 375 Arlt, D. 122 Arnold, B. 244, 249 Arnold, J. 227 Arnold, R. 236 Athale, C. 144 Aumann, F. 114 B Bacher, C. 144 Bachert, P. 283 Bachmann, A. 392 Backes, E. 122 Bader, R. 283 Baez, A. 399 Bannasch, D. 124 Bantel-Schaal, U. 399 Barreto, G. 39 Bartelmann, M. 172 Bartels, J. 261 Barthold-Beß, S. 303 Bartsch, H. 170, 172, 180, 181, 182 Bartscherer, K. 400 Barz, T. 79 Bastert*, G. 180 Baudendistel, N. 115 Bauder-Wüst, U. 370 Bauer, A. 137 Bauer, C. 292 Bäuerle, T. 345 Baumann, S. 235 Baumann, U. 89, 90 Bayaz, D. 183 Bechtel, S. 122 Becker, K. 185, 187 Becker, M. 298 Autoren Becker, N. 183, 185 Becker, V. 90 Beckmann, B. 137 Beckmann, L. 187 Beigel, J. 137 Beisel, A. 237 Beißbarth, T. 137 Beldmann*, F. 180 Belz, T. 26 Bendl, R. 301 Beneke, S. 68 Benner, A. 205, 208, 211 Bentele, M. 146 Berg, C. 120 Berger, M. 249 Berger, M.R. 344, 345, 371 Berger, S. 26 Bergman, L. 122 Bernacchi, S. 116 Bernd*, L. 327, 329 Bertl, E. 164 Bertram, B. 171, 172 Bettinger, K. 149, 153 Beumer, M. 91 Beyer, K. 120 Beyer, M. 123 Bieler, C.A. 334, 335 Biemelt, S. 397 Bier 164, 165 Bierbaum, H. 60 Bierhaus*, A. 356 Birr, R. 187 Bischoff, F.R. 45 Bischoff, R. 123, 158 Blaich, S. 120 Bock, M. 285 Boeke, C. 381 Boerner, A. 137 Boffetta, P. 185 Bohl, S. 89 Bohne-Lang, A. 151 Bollow, U. 171, 172 Bolte, S. 397 Bölz, S. 375 Bondar, N. 108 Bongers, A. 282 Borek-Dohalská, L. 335 Borkenstein, K. 298 Bosch, V. 388 Bossemeyer, D. 40 Böttcher, R. 38 Böttger, T. 101 Boukamp, P. 67, 68 Bourouba, M. 252 Brandt, O. 137 Braspenning-Wesch, I. 399 Braun, K. 317 Braun, V. 105 Bravo, I.G. 402, 403 Breitenbach, U. 61 DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003 Breitkreutz, D. 48 Breitkreutz, R. 405 Breitling, F. 123, 158 Brems, S. 137 Brenner, D. 236 Breuer, A. 335 Brocke, P. 244 Brom, M. 56, 57 Brors, B. 142 Brückner, B. 78 Brun, N. 114 Bub, F. 68 Buffy, V. 240 Bulajic, M. 365 Bulashevska, A. 142 Bulashevska, S. 142 Bulbuc, N. 246 Buneß, A. 121, 123 Burger*, C. 327, 329 Burkholder, I. 206 Buschke, S. 67 Busold, C. 137 Bussiek, M. 115 Butkiewicz, D. 171, 180 C Camacho, D. 146 Cao, Y. 228 Carrière, J. 375 Casanova, E. 25 Cerezo, A. 68 Chambumrung*, S. 179 Chang-Claude, J. 187 Chen, M. 393 Chen, Y. 365 Christensen*, O. 355 Cid-Arregui, A. 399 Claas, C. 254 Claudino, N. 121 Conrad, C. 145 Conzelmann, M. 344 Corban-Wilhelm, H. 317 Cornelis, J. 375, 378 Cornitescu, M. 388 Cremer*, D. 180 Cristoph, C. 103 Csernok, A. 392 Cui, Y. 54, 55, 56 Cziepluch, C. 375, 376 D Daeffler, L. 375 Dahlke, A. 261 Dally, H. 180, 181 Darvas, K. 236 Daum, N. 48 de Castro Arce, J. 392 de Castro, J. 392 De Lorenzo, C. 34 De Servi, B. 65 de Villiers, E.-M. 410 Debus, J. 413
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