Kartierung immunmodulatorischer Funktionen im Zytomegalievirus IE1-Protein

Das humane Zytomegalievirus (hCMV), der größte Vertreter der human-pathogenen Herpesviren, verursacht lebensbedrohliche Krankheitsbilder bei Menschen mit geschwächtem Immunsystem, wie AIDS- oder Transplantationspatienten. Zudem kann es bei einer diaplazentaren Übertragung des Virus während der Schwangerschaft zu einer schweren Schädigung des ungeborenen Kindes kommen. Dagegen zeigen Immungesunde im Rahmen einer hCMV-Infektion nur sehr selten Anzeichen einer ernsthaften Erkrankung. Die sogenannten immediate early- (IE-) Proteine sind die ersten viralen Genprodukte, die nach der Infektion in den Wirtszellen gebildet werden. Dazu gehört das IE1-Protein, das unter anderem als Transkriptionsaktivator für eine Vielzahl viraler Gene fungiert. Darüber hinaus ist dieses Protein in der Lage, die Genexpression der Wirtszelle zu beeinflussen. So schützt es hCMV unter anderem vor dem Zugriff des angeborenen Immunsystems, indem es in Typ I-Interferon- (IFN-) vermittelte Signalwege eingreift und über deren Blockierung die Transkription antiviral wirksamer Faktoren verhindert. Zusätzlich interagiert IE1 mit Proteinkomplexen des Zellkerns, den sogenannten PML-Körpern, für die ebenfalls eine Bedeutung bei der angeborenen Immunabwehr von Infektionen beschrieben ist. IE1 kann an PML-Körper binden und diese kurze Zeit später zerstören, sodass das virale Protein auch hier immunevasiv wirkt. Neben diesen hemmenden Eigenschaften besitzt IE1 jedoch auch die Fähigkeit zur Aktivierung von Genen der Wirtszelle. So ist es in der Lage, die Expression einer Reihe von zellulären Zytokinen und anderen Proteinen zu stimulieren, die normalerweise durch IFN-γ (Typ II-IFN) aktiviert werden. Für die IE1-vermittelte Aktivierung dieser Gene ist die Anwesenheit von Typ II-IFN jedoch nicht notwendig. Allerdings ist eine Phosphorylierung des signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1) an Tyrosin 701 erforderlich, die zu dessen nukleärer Translokation und sequenzspezifischer DNA-Bindung und damit zur Aktivierung der Transkription führt. Um den Organismus nicht durch eine überschießende Reaktion des Immunsystems zu schädigen, unterliegen IFN-induzierte Prozesse einer negativen Rückkoppelung, an der unter anderem Proteine der suppressor of cytokine signaling- (SOCS-) Familie beteiligt sind. Über eine Repression der SOCS3-Transkription greift das IE1-Protein auch in diesen Mechanismus ein und verhindert damit offenbar eine effiziente Herunterregulierung IFN-induzierter Vorgänge. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene IE1-Mutanten hergestellt, die in einem induzierbaren Zellsystem außerhalb der komplexen Vorgänge einer Virusinfektion auf ihre Funktionalität bezüglich der beschriebenen immunmodulatorischen Abläufe untersucht wurden. Dabei stellte sich heraus, dass verschiedene carboxy-terminale Abschnitte im IE1-Protein, und zwar sowohl die acidic domain 2 (AD2) (Aminosäure 421 bis 445) als auch die benachbarten Sequenzen im Bereich der AD1 und Serin/Prolin- (S/P-) reichen Region (Aminosäure 373 bis 420), an der Hochregulierung Typ II-IFN-stimulierter Gene sowie der Suppression von SOCS3 beteiligt sind. Während jedoch für die Induktion Typ II-IFN-stimulierter Gene beiden Domänen eine essenzielle Bedeutung zukommt, ist für die Unterdrückung der SOCS3-Expression im Wesentlichen der Abschnitt AD1-S/P wichtig, wohingegen AD2 nur eine unterstützende Rolle übernimmt. Ein vergleichbares Bild lieferte die Blockierung des Typ I-IFN-vermittelten Signalweges, die ebenfalls hauptsächlich über AD1-S/P und weniger stark über AD2 vermittelt wird, wie sich bereits in früher publizierten Arbeiten gezeigt hatte. Damit erscheint eine komplette Kopplung der drei untersuchten IE1-Funktionen (Inhibition der Typ I-IFN-Antwort, Aktivierung einer Typ II-IFN-ähnlichen Antwort, Inhibition der SOCS3-Expression) unwahrscheinlich, wenngleich es möglich ist, dass die jeweiligen Abschnitte sich in ihrer Funktion unterstützen. Im Rahmen der Hochregulierung IFN-γ-stimulierter Gene konnte zudem eine direkte oder indirekte Interaktion zwischen STAT1 und IE1 nachgewiesen werden, die ebenfalls über AD1-S/P und AD2 vermittelt wird und ein wesentlicher Bestandteil dieses Prozesses zu sein scheint. Neben der Wechselwirkung mit STAT1 ist möglicherweise auch eine Assoziation mit PML-Körpern, nicht jedoch deren Auflösung, an der Vermittlung der Typ II-IFN-ähnlichen Antwort durch IE1 beteiligt. Im zweiten Teil der Arbeit wurde mittels IE1-defizienter Virusmutanten die Bedeutung dieses viralen Proteins für das klinische hCMV-Isolat TB40/E im Hinblick auf seine Replikation unter verschiedenen Infektionsbedingungen sowie die Resistenz gegenüber Typ I- und Typ II-IFN analysiert. Dabei stellte sich heraus, dass IE1 vor allem bei niedriger Infektionsmultiplizität für TB40/E überaus wichtig ist und eine Abwesenheit dieses Proteins unter diesen Bedingungen zu keiner nennenswerten Virusreplikation führt. Für den Schutz vor IFN-vermittelten antiviralen Effekten ist IE1 im Kontext von TB40/E jedoch weitaus weniger bedeutsam als erwartet, sodass davon auszugehen ist, dass neben diesem Protein noch andere virale Faktoren für die effiziente Hemmung IFN-abhängiger Prozesse erforderlich sind. Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass es sich bei der differentiellen Modulation verschiedener angeborener Immunprozesse durch das hCMV IE1-Protein um Funktionen handelt, die auf überlappenden Bereichen im carboxy-terminalen Abschnitt des viralen Proteins kodiert, aber wahrscheinlich nicht vollständig gekoppelt sind. Diese immunmodulatorischen Aktivitäten des IE1-Proteins spielen bei der Infektion in vivo vermutlich eine größere Rolle als in vitro und könnten künftig für verbesserte antivirale Therapiestrategien genutzt werden