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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-61634
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2013/6163/


Modulation der Unfolded Protein Response durch das murine Cytomegalovirus

Stahl, Sebastian

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SWD-Schlagwörter: Cytomegalie-Virus
Freie Schlagwörter (Deutsch): UPR
Freie Schlagwörter (Englisch): Unfolded Protein Response
Basisklassifikation: 35.70
Institut: Chemie
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Brune, Wolfram (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 22.03.2013
Erstellungsjahr: 2013
Publikationsdatum: 17.05.2013
Kurzfassung auf Deutsch: Während einer viralen Infektion kommt es aufgrund der massiven Synthese von viralen Proteinen zu einer Überlastung der Proteinfaltungsmaschinerie, welche zu einer Überladung von ungefalteten Proteinen im Endoplasmatischen Retikulum (ER) führt. Dabei ist die Akkumulation von ungefalteten Proteinen als ER-Stress definiert. Um das Gleichgewicht im ER wiederherzustellen, aktiviert die Zelle mehrere Signalkaskaden, die als Unfolded Protein Response (UPR) zusammengefasst werden. Dabei spielen folgende drei ER-Stress-Sensoren eine wichtige Rolle: die Proteinkinase R ähnliche ER-Kinase (PERK), der aktivierende Transkriptionsfaktor 6 (ATF6) und das Inositol benötigende Enzym 1 (IRE1). Die Aktivierung dieser drei Sensoren führt zu einer Reduktion der Proteinsynthese, einem Abbau ungefalteter Proteine und einer Steigerung der Proteinfaltung, sodass es zu einer Prozessierung der ungefalteten Proteine und damit zur Auflösung des ER-Stresses kommt. Kann nach der Aktivierung der UPR das Gleichgewicht im ER nicht wiederhergestellt werden, wird in der Zelle die Apoptose induziert. Deshalb kann es für Viren vorteilhaft sein die UPR zu modulieren, um eine effiziente Virusreplikation zu gewährleisten und die Proteinsynthese aufrechtzuerhalten. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass ATF6 während der Infektion mit dem murinen Cytomegalovirus (MCMV) aktiviert wird. Folglich war auch die Expression des Chaperons GRP78/BiP, eines der Hauptzielgene des ATF6, hochreguliert. Der PERK-Signalweg hingegen wurde selbst 48 h nach Infektion nicht signifikant aktiviert. Im Falle von IRE1 konnte eine gesteigerte Prozessierung von XBP-1 durch IRE1 zu frühen Zeitpunkten festgestellt werden, die jedoch zu späten Zeitpunkten der Infektion unterdrückt wurde. Selbst bei zusätzlicher forcierter Induktion von ER-Stress, war MCMV in der Lage, eine IRE1-Aktivierung zu inhibieren. Durch Affinitätsaufreinigung konnte das virale Protein M50 erstmals als Interaktionspartner von IRE1 identifiziert werden. M50 führte in transfizierten und MCMV-infizierten Zellen zu einer deutlich reduzierten IRE1-Menge, was auf eine IRE1-Degradation schließen lässt. Durch die Klonierung von M50-Verkürzungmutanten konnte die Region, welche für die IRE1-Bindung und -Degradation verantwortlich ist, identifiziert werden. Des Weiteren war es möglich die hier neu gewonnenen Erkenntnisse bezüglich der Unterbindung des IRE1-Signalwegs auch auf das verwandte Virus HCMV zu übertragen. Folglich kann im Falle von CMV von einem bislang unbekannten, evolutionär konservierten viralen
Mechanismus ausgegangen werden.
Kurzfassung auf Englisch: During viral infection, a massive demand for viral proteins can overwhelm the capacity of the protein folding and quality control machinery, leading to an accumulation of unfolded proteins in the endoplasmic reticulum (ER). To restore ER homeostasis, cells initiate the unfolded protein response (UPR) by activating the three ER stress sensors PKR-like ER kinase (PERK), inositol-requiring enzyme 1 (IRE1), and activating transcription factor 6 (ATF6). The combined action of these three branches reduces protein synthesis, increases degradation of misfolded proteins, and upregulates chaperone expression to enhance protein folding. Previous studies have shown that cytomegaloviruses modulate the UPR by preserving the beneficial functions and antagonizing the functions detrimental to viral replication. However, the molecular mechanisms and the viral proteins responsible have remained largely undefined. This work shows that ATF6 is activated in fibroblasts during infection with murine cytomegalovirus (MCMV). Consequently, expression of the chaperone GRP-78/BiP, a major transcriptional target of ATF6, is upregulated. The PERK pathway of the UPR is not significantly altered even at 48 h postinfection. Also IRE1 signaling, the most conserved UPR branch, is modulated by CMV. IRE1-
mediated mRNA splicing and expression of the X-box binding protein 1 (XBP1) is briefly induced but then repressed in MCMV-infected cells. By affinity purification, M50 has been identified as a viral protein interacting with IRE1. M50 expression in transfected or infected cells induced a downregulation of IRE1 protein levels, and the N-terminal constant region of M50 proved to be required for interaction with and downregulation of IRE1. Moreover, this work shows that UL50, the M50 homolog in human cytomegalovirus (HCMV), has a similar effect on IRE1 signaling. In conclusion IRE1 downregulation represents a previously undescribed viral strategy to curb the UPR.

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