Funktionsanalyse von Gamma2-Adaptin: ein zellulärer Adaptor der Hepatitis-B-Virus-Morphogenese

Im Replikationszyklus umhüllter Viren entstehen neue Viruspartikel durch die Knospung an Membranen der Wirtszelle. An diesem Prozess sind verschiedene zelluläre Faktoren und Mechanismen beteiligt, speziell die ESCRT-Proteinkomplexe, welche die Vesikelbildung an den MVBs steuern. Auch bei HBV ist davon auszugehen, dass Komponenten der Wirtszelle an der Umhüllung und Freisetzung der Virionen beteiligt sind, allerdings sind diese noch weitgehend unbekannt. Ziel dieser Arbeit war es daher, die zellulären Faktoren genauer zu charakterisieren und ihre Funktion bei der Virusumhüllung aufzuklären. Den Ausgangspunkt für die hier durchgeführten Untersuchungen bildeten vorangegangene Arbeiten, in denen die spezifische Interaktion des L-Hüllproteins von HBV mit g2-Adaptin nachgewiesen werden konnte. Diese ist für die Morphogenese von HBV essentiell, allerdings ist die zelluläre ebenso wie die virusspezifische Funktion von g2-Adaptin bislang unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit sollte daher untersucht werden, wo und wie g2-Adaptin in der Zelle funktionell ist, um daraus Rückschlüsse auf die Vorgänge bei der Morphogenese von HBV ziehen zu können. Die Grundlage für die Charakterisierung von g2-Adaptin bildete seine Ähnlichkeit zu zellulären Clathrin-Adaptorproteinen. So konnte hier gezeigt werden, dass auch g2-Adaptin ein Clathrin-Bindungsmotiv besitzt, welches eine Interaktion mit Clathrin ermöglicht. Außerdem konnte ein Ubiquitin-Interaktions-Motiv (UIM) identifiziert werden, das die Bindung an ubiquitinierte Proteine vermittelt. Diese Beobachtung deutet darauf hin, dass g2-Adaptin zu einer Gruppe monomerer Adaptorproteine zählen könnte, welche als Ubiquitin-Rezeptoren in der Zelle funktionell sind. Die folgenden Analysen zeigten eine weitere Gemeinsamkeit, da auch g2-Adaptin selbst durch Ubiquitin modifiziert wird, wobei die Ubiquitinierung von einem intakten UIM abhängt. Dieser als Coupled Monoubiquitination bezeichnete Prozess wird hierbei durch die Ubiquitin-Ligase Nedd4 vermittelt, die direkt mit g2-Adaptin interagiert. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass die C2-Domäne von Nedd4 ebenfalls mit Ubiquitin modifiziert ist, wodurch der Kontakt zum UIM von g2-Adaptin erfolgt. Die meisten der bislang bekannten Ubiquitin-bindenden Adaptorproteine, spielen bei der Vesikelentstehung an verschiedenen zellulären Membranen eine Rolle, wo sie an der Sortierung der vorwiegend ubiquitinierten Membranproteine beteiligt sind und zelluläre Komponenten rekrutieren, welche die Vesikelabschnürung vermitteln. Die Adaptorproteine sind dabei meist mit der jeweiligen Membran assoziiert, was auch für g2-Adaptin nachgewiesen werden konnte. Diese Membranbindung wird durch den N-terminalen Proteinbereich von g2-Adaptin vermittelt und erfolgt unabhängig von den Ubiquitin-bindenden Eigenschaften und von Nedd4. Allerdings scheint die Ubiquitin-Modifikation von g2-Adaptin ausschließlich in membrangebundener Form zu erfolgen. An welchen Membranen g2-Adaptin lokalisiert ist, wurde in Immunfluoreszenzstudien untersucht, wobei eine enge Assoziation von g2-Adaptin mit späten Endosomen bzw. MVBs zu beobachten war. Bei weiteren Analysen konnte auch ein funktioneller Einfluss auf die Vesikelentstehung an den MVBs nachgewiesen werden, da durch die Depletion von g2-Adaptin stark vergrößerte, defekte MVBs induziert wurden. Dies deutet darauf hin, dass g2-Adaptin als Ubiquitin-Rezeptor an diesen Prozessen beteiligt sein könnte. Ebenso wie andere Adaptorproteine könnte es hier an die Cargo-Proteine binden, diese durch den Kontakt zu Clathrin lokal konzentrieren und die Vesikelabschnürung durch die Rekrutierung der MVB-Maschinerie vermitteln. Möglicherweise stellt g2-Adaptin hierbei den bislang nicht identifizierten Adaptor dar, der die Verbindung zwischen Nedd4 und der MVB-Kaskade herstellt. Eine ähnliche Funktion für g2-Adaptin ist auch bei der Morphogenese von HBV denkbar. Aufgrund der durchgeführten Lokalisationsstudien ist anzunehmen, dass die Umhüllung der HBV-Partikel direkt an den MVBs erfolgt. Vermutlich bindet g2-Adaptin hier an das L-Hüllprotein, wobei es durch die Rekrutierung von Clathrin zu einer lokalen Anreicherung der Hüllproteine kommt. g2-Adaptin interagiert zudem in UIM-abhängiger Weise mit dem Nukleokapsid, wobei der Kontakt direkt erfolgen könnte oder durch die Ubiquitin-Ligase Nedd4 vermittelt wird, welche über eine Late-Domäne ebenfalls mit dem Nukleokapsid verbunden ist. Anscheinend gelangt das Nukleokapsid durch den Einfluss von g2-Adaptin und Nedd4 zum Ort der Virusmorphogenese, wo die eigentliche Umhüllung und die Abschnürung der Viruspartikel erfolgen. Vermutlich sind auch hier Komponenten der MVB-Maschinerie beteiligt, die womöglich durch g2-Adaptin rekrutiert werden.

Charakterisierung zellulärer Interaktionspartner des großen Hüllproteins des Hepatitis-B-Virus

Im Mittelpunkt dieser Arbeit stand das große L-Hüllprotein (L) des Hepatitis B - Virus. L bildet eine ungewöhnliche duale Topologie in der ER-Membran aus, welche auch im reifen Viruspartikel erhalten bleibt. In einem partiellen, posttranslationalen Reifungsprozess wird die sogenannte PräS-Region von der zytosolischen Seite der Membran aus in das ER-Lumen transloziert. Aufgrund seiner dualen Topologie und der damit verbundenen Multifunktionalität übernimmt L eine Schlüsselfunktion im viralen Lebenszyklus. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit lag deshalb darin, neue zelluläre Interaktionspartner des L-Hüllproteins zu identifizieren. Ihre Analyse sollte helfen, das Zusammenspiel des Virus mit der Wirtszelle besser zu verstehen. Hierfür wurde das Split - Ubiquitin Hefe - Zwei - Hybrid System eingesetzt, das die Interaktionsanalyse von Membranproteinen und Membran-assoziierten Proteinen ermöglicht. Zwei der neu identifizierten Interaktionspartner, der v-SNARE Bet1 und Sec24A, die Cargo-bindende Untereinheit des CoPII-vermittelten vesikulären Transports, wurden weitergehend im humanen Zellkultursystem untersucht. Sowohl für Bet1 als auch für Sec24A konnte die Interaktion mit dem L-Hüllprotein bestätigt und der Bindungsbereich eingegrenzt werden. Die Depletion des endogenen Bet1 reduzierte die Freisetzung L-haltiger, nicht aber S-haltiger subviraler Partikel (SVP) deutlich. Im Gegensatz zu Bet1 interagierte Sec24A auch mit dem mittleren M- und kleinen S-Hüllprotein von HBV. Die Inhibition des CoPII-vermittelten vesikulären Transportweges durch kombinierte Depletion der vier Sec24 Isoformen blockierte die Freisetzung sowohl L- als auch S-haltiger SVP. Dies bedeutet, dass die HBV - Hüllproteine das ER CoPII-vermittelt verlassen, wobei sie aktiv Kontakt zur Cargo-bindenden Untereinheit Sec24A aufnehmen. Der effiziente Export der Hüllproteine aus dem ER ist für die Virusmorphogenese und somit für den HBV - Lebenszyklus essentiell. rnEin weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit basierte auf der Interaktion des L-Hüllproteins mit dem ER-luminalen Chaperon BiP. In der vorliegenden Arbeit wurde überprüft, ob BiP, ähnlich wie das zytosolische Chaperon Hsc70, an der Ausbildung der dualen Topologie des L-Hüllproteins beteiligt ist. Hierfür wurde BiP durch die ektopische Expression seiner Ko-Chaperone BAP und ERdj4 in seiner Substrat-bindenen Kapazität manipuliert. ERdj4, ein Mitglied der Hsp40 - Proteinfamilie, stimuliert die ATPase-Aktivität von BiP, was die Substratbindung stabilisiert. Der Nukleotid - Austauschfaktor BAP hingegen vermittelt die Auflösung des BiP - Substrat - Komplexes. Die Auswirkung der veränderten in vivo-Aktivität von BiP auf die posttranslationale PräS-Translokation wurde mit Proteaseschutz - Versuchen untersucht. Die ektopische Expression des positiven als auch des negativen Regulators von BiP resultierte in einer drastischen Reduktion der posttranslationalen PräS-Translokation. Ein vergleichbarer Effekt wurde nach Manipulation des BiP ATPase - Zyklus durch Depletion der zellulären ATP - Konzentration beobachtet. Dies spricht dafür, dass das ER-luminale Chaperon BiP, zusammen mit Hsc70, eine zentrale Rolle in der Ausbildung der dualen Topologie des L-Hüllproteins spielt. rnZwei weitere Proteine, Sec62 und Sec63, die sich für die posttranslationale Translokation in der Hefe als essentiell erwiesen haben, wurden in die Analyse der dualen Topologie des L-Hüllproteins einbezogen. Interessanterweise konnte eine rein luminale Ausrichtung der PräS-Region nach kombinierter Depletion des endogenen Sec62 und Sec63 beobachtet werden. Dies deutet an, dass sowohl Sec62 als auch Sec63 an der Ausbildung der dualen Topologie des L-Hüllproteins beteiligt sind. In Analogie zur Posttranslokation der Hefe könnte Sec62 als Translokon-assoziierter Rezeptor für Substrate der Posttranslokation, und damit der PräS-Region, dienen. Sec63 könnte mit seiner J-Domäne BiP zum Translokon rekrutieren und daraufhin dessen Substrat-bindende Aktivität stimulieren. BiP würde dann, einer molekularen Ratsche gleich, die PräS-Region durch wiederholtes Binden und Freisetzen aktiv in das ER-Lumen hereinziehen, bis eine stabile duale Topologie des L-Hüllproteins ausgebildet ist. Die Bedeutung von Sec62 und Sec63 für den HBV - Lebenszyklus wird dadurch untermauert, dass sowohl die ektopische Expression als auch die Depletion des endogenen Sec63 die Freisetzung L-haltiger SVP deutlich reduziert. rn

Molecular epidemiology of a large community-based outbreak of hepatitis B in Bristol, U.K.

A large outbreak of hepatitis B virus (HBV) infection in the U.K. occurred between 2001 and 2005 in Bristol, U.K.

Investigation of a large community-based outbreak of hepatitis B infection in the United Kingdom

We describe the largest outbreak of hepatitis B virus infection reported to date in the UK. Between July 2001 and December 2005, 237 cases were identified in Avon, South West England. The likely route of transmission was injecting drug use in 44% (104/237) and heterosexual intercourse in 30% (71/237) of cases. A case-control study in injectors showed that injecting crack cocaine [adjusted odds ratio (aOR) 23·8, 95% confidence interval (CI) 3·04-186, P<0·001] and sharing injecting paraphernalia in the year before diagnosis (aOR 16·67, 95% CI 1·78-100, P=0·010) were strongly associated with acute hepatitis B. In non-IDUs number of sexual partners and lack of consistent condom use were high compared to a national sample. We describe the control measures implemented in response to the outbreak. This outbreak has highlighted the problems associated with the low uptake from the national hepatitis B vaccination policy which targets high-risk groups, the difficulties of identifying those at risk of acquiring hepatitis B infection through heterosexual sex, and injecting crack cocaine as a risk factor for hepatitis B.

Impact of a nurse vaccination program on hepatitis B immunity in a Swiss HIV clinic

We evaluated the impact of a nurse program for hepatitis B virus vaccination in a center from the Swiss HIV Cohort Study. Immunity (anti-HBs >10 IU/mL) increased from 32% to 76% in the intervention center (n = 238) where vaccine management was endorsed by nurses, but only from 33% to 39% in control centers (n = 2712, P < 0.001) where management remained in charge of physicians. Immunity against HBV in the HIV population is insufficient in Switzerland. Specific nurse vaccination program may efficiently improve health care.

Targets of emerging therapies for viral hepatitis B and C

Viral hepatitis B and C, structurally two completely different viruses, commonly infect human hepatocytes and cause similar clinical manifestations. Since their discovery, IFN has been a pillar in the treatment. However, because of the different natures of the viruses, therapeutic approaches diverge and new treatment targets are tailored specifically for each virus. Herein, the authors analyse therapeutic approaches for hepatitis B virus (HBV) and hepatitis C virus (HCV) and focus on emerging concepts that are under clinical evaluation. In particular, promising viral inhibitors for HBV and HCV are reviewed and the current status of research for gene therapy for HCV is described. Immune therapy is a fast-moving field with fascinating results which include therapeutic vaccines and toll-like receptor agonists that could improve tomorrow's treatment approaches.

Comparative immunogenicity of a PreS/S hepatitis B vaccine in non- and low responders to conventional vaccine

Conventional hepatitis B vaccines do not elicit adequate antibody production in 5-10% vaccinees. This trial tests the ability of a third-generation vaccine, containing PreS1 and PreS2 antigens in addition to the S antigen, to elicit seroprotective titres in documented non- and low-responders, compared with those to a conventional vaccine. In the primary population of non-responders (<10 IU/l anti-HBs antibodies after > or = 4 previous injections of conventional vaccine) an enhanced antibody response was seen to additional injections of the third-generation vaccine compared with a conventional vaccine (absolute difference 14.9%; P = 0.006). Enhanced antibody responses were also found in a population that included low responders.

Interferon-inducible expression of APOBEC3 editing enzymes in human hepatocytes and inhibition of hepatitis B virus replication

Hypermutations in hepatitis B virus (HBV) DNA by APOBEC3 cytidine deaminases have been detected in vitro and in vivo, and APOBEC3G (A3G) and APOBEC3F (A3F) have been shown to inhibit the replication of HBV in vitro, but the presumably low or even absent hepatic expression of these enzymes has raised the question as to their physiological impact on HBV replication. We show that normal human liver expresses the mRNAs of APOBEC3B (A3B), APOBEC3C (A3C), A3F, and A3G. In primary human hepatocytes, interferon alpha (IFN-alpha) stimulated the expression of these cytidine deaminases up to 14-fold, and the mRNAs of A3G, A3F, and A3B reached expression levels of 10%, 3%, and 3%, respectively, relative to GAPDH mRNA abundance. On transfection, the full-length protein A3B(L) inhibited HBV replication in vitro as efficiently as A3G or A3F, whereas the truncated splice variant A3B(S) and A3C had no effect. A3B(L) and A3B(S) were detected predominantly in the nucleus of uninfected cells; however, in HBV-expressing cells both proteins were found also in the cytoplasm and were associated with HBV viral particles, similarly to A3G and A3F. Moreover, A3G, A3F, and A3B(L), but not A3B(S), induced extensive G-to-A hypermutations in a fraction of the replicated HBV genomes. In conclusion, the editing enzymes A3B(L), A3F, and most markedly A3G, which are expressed in liver and up-regulated by IFN-alpha in hepatocytes, are candidates to contribute to the noncytolytic clearance of HBV.

Effects of point mutations in the cytidine deaminase domains of APOBEC3B on replication and hypermutation of hepatitis B virus in vitro

APOBEC3 cytidine deaminases hypermutate hepatitis B virus (HBV) and inhibit its replication in vitro. Whether this inhibition is due to the generation of hypermutations or to an alternative mechanism is controversial. A series of APOBEC3B (A3B) point mutants was analysed in vitro for hypermutational activity on HBV DNA and for inhibitory effects on HBV replication. Point mutations inactivating the carboxy-terminal deaminase domain abolished the hypermutational activity and reduced the inhibitory activity on HBV replication to approximately 40 %. In contrast, the point mutation H66R, inactivating the amino-terminal deaminase domain, did not affect hypermutations, but reduced the inhibition activity to 63 %, whilst the mutant C97S had no effect in either assay. Thus, only the carboxy-terminal deaminase domain of A3B catalyses cytidine deaminations leading to HBV hypermutations, but induction of hypermutations is not sufficient for full inhibition of HBV replication, for which both domains of A3B must be intact.

Blood donor screening: how to decrease the risk of transfusion-transmitted hepatitis B virus?

QUESTIONS UNDER STUDY: The risk of transfusion-transmitted HBV remains significant in Switzerland, where routine screening for hepatitis B virus (HBV) in blood donations relies solely on serological hepatitis B surface antigen (HBsAg) testing. This study was designed to determine the prevalence of anti-hepatitis B core (anti-HBc) and HBV nucleic acid testing (NAT) positive donations in two different Swiss donor populations, to help in deciding whether supplemental testing may bring additional safety to blood products. METHODS: In a first population of donors, 18143 consecutive donations were screened initially for HBsAg, anti-HBc (with one EIA assay) and with HBV NAT in minipools of 24 donations. The screening repeatedly reactive anti-HBc donations were then "confirmed" with two supplemental anti-HBc assays, an anti-hepatitis B surface assay (anti-HBs) and with single donation HBV NAT. In a second population of donors, 4186 consecutive donations were screened initially with two different anti-HBc assays in addition to the mandatory HBsAg screening test. The screening repeatedly reactive donations with at least one anti-HBc assay were tested for anti-HBs. RESULTS: In the first subset of 18143 donations, 17593 (97.0%) were negative for HBsAg, anti-HBc and HBV NAT in minipools. 549 (3.0%) were HBsAg and HBV NAT negative, but repeatedly reactive for anti-HBc. Of these 549 donations, 287 could not be "confirmed" with two additional anti-HBc assays and were negative with an anti-HBs assay, as well as with single donation HBV NAT. Only 211 (1.2% of the total screened donations) were "confirmed" positive with at least one of two supplemental anti-HBc assays. One repeatedly reactive HBsAg donation, from a first-time donor, was confirmed positive for HBsAg and anti-HBc, as well as with single donation HBV NAT. In the second subset of 4186 donations, 4014 (95.9%) were screened negative for HBsAg and for anti-HBc, tested with two independent anti-HBc assays. 172 donations (4.1%) were HBsAg negative but repeatedly reactive with at least one of the two anti-HBc assays. Of these 172 samples, 86 were reactive with the first anti-HBc assay only, 13 were reactive with the second anti-HBc assay only and 73 (1.7% of the total screened donations) were "confirmed" positive with both anti-HBc assays. CONCLUSION: The prevalence of anti-HBc "confirmed" positive donations in the two Swiss blood donor populations studied was low (<2%) and we found only one HBV NAT positive (HBsAg positive) donation among more than 18000. Concerning blood product safety, an increase in the deferral rate of less than 2% of anti-HBc positive, potentially infectious donors, would in our opinion make routine anti-HBc testing of blood donations cost-effective. There is however still a need for more specific assays to avoid an unacceptably high deferral rate of "false" positive donors. In contrast, the introduction of HBV NAT in minipools gives minimal benefit due to the inadequate sensitivity of the assay. It remains to evaluate more extensively the value of individual donation NAT, alone or in addition to anti-HBc, as supplemental testing in the context of several Swiss blood donor populations.

Hepatitis B virus infection is associated with impaired immunological recovery during antiretroviral therapy in the Swiss HIV cohort study

Hepatitis B virus (HBV) infection is a major cause of morbidity and mortality in human immunodeficiency virus (HIV)-infected patients worldwide. It is unclear whether HIV-related outcomes are affected by HBV coinfection. We compared virological suppression and immunological recovery during antiretroviral therapy (ART) of patients of different HBV serological status in the Swiss HIV Cohort Study. CD4 cell recovery during ART was significantly impaired in hepatitis B surface antigen-positive patients and in those with anti-hepatitis B core antigen alone compared with HBV-uninfected patients, despite similar virological efficacy of ART. CD4 increase in patients with resolved HBV infection was similar to that in HBV-uninfected individuals.

Reducing liver cancer disparities: a community-based hepatitis-B prevention program for Asian-American communities

OBJECTIVES: Several Asian-American groups are at a higher risk of dying of liver diseases attributable to hepatitis-B infection. This culturally diverse community should be well informed of and protected against liver diseases. The present study assesses the knowledge of hepatitis B before and after a hepatitis-B educational program and determines the infection status of an Asian community. METHODS: Nine Asian communities of Montgomery County, MD, enrolled in the hepatitis-B prevention program between 2005 and 2006. They attended culturally tailored lectures on prevention, completed self-administered pre- and posttests, and received blood screening for the disease. RESULTS: More than 800 Asian Americans participated in the study. Knowledge of prevention was improved after educational delivery. The average infection rate was 4.5%, with Cambodian, Thai, Vietnamese, Chinese and Korean groups having higher infection rates. The age group of 36-45 had the highest percentage of carriers (9.1%). CONCLUSION: Many Asian groups, particularly those of a southeast Asian decent, were subject to a higher probability of hepatitis-B infection. At an increased risk are first-generation Asian immigrants, groups with low immunization rates and those aged 36-45. The findings provide potential directions for focusing preventive interventions on at-risk Asian communities to reduce liver cancer disparities.

A case-control study of hepatitis C virus and its interaction with hepatitis B virus on the development of hepatocellular carcinoma in the USA

Objective. The aim of this study was to assess the independent risk of hepatitis C virus (HCV) infection in the development of hepatocellular carcinoma (HCC). The independent risk of hepatitis B virus (HBV), its interaction with hepatitis C virus and the association with other risk factors were examined.^ Methods. A hospital-based case-control study was conducted between January 1994 and December 1995. We enrolled 115 pathologically confirmed HCC patients and 230 nonliver cancer controls, who were matched by age ($\pm$5 years), gender, and year of diagnosis. Both cases and controls were recruited from The University of Texas M. D. Anderson Cancer Center at Houston. The risk factors were collected through personal interviews and blood samples were tested for HCV and HBV markers. Univariate and multivariate analyses were performed through conditional logistic regression.^ The prevalence of anti-HCV positive is 25.2% in HCC cases compared to 3.0% in controls. The univariate analysis showed that anti-HCV, HBsAg, alcohol drinking and cigarette smoking were significantly associated with HCC, however, family history of cancer, occupational chemical exposure, and use of oral contraceptive were not. Multivariate analysis revealed a matched odds ratio (OR) of 10.1 (95% CI 3.7-27.4) for anti-HCV, and an OR of 11.9 (95% CI 2.5-57.5) for HBsAg. However, dual infection of HCV and HBV had only a thirteen times increase in the risk of HCC, OR = 13.9 (95% CI 1.3-150.6). The estimated population attributable risk percent was 23.4% for HCV, 12.6% for HBV, and 5.3% for both viruses. Ever alcohol drinkers was positively associated with HCC, especially among daily drinkers, matched OR was 5.7 (95% CI 2.1-15.6). However, there was no significant increase in the risk of HCC among smokers as compared to nonsmokers. The mean age of HCC patients was significantly younger among the HBV(+) group and among the HCV(+)/HBV(+) group, when compared to the group of HCC patients with no viral markers. The association between past histories of blood transfusion, acupuncture, tattoo and IVDU was highly significant among the HCV(+) group and the HBV(+)/HCV(+) group, as compared to HCC patients with no viral markers. Forty percent of the HCC patients were pathologically or clinically diagnosed with liver cirrhosis. Anti-HCV(+) (OR = 3.6 95% CI 1.5-8.9) and alcohol drinking (OR = 2.7 95% CI 1.1-6.7), but not HBsAg, are the major risk factors for liver cirrhosis in HCC patients.^ Conclusion. Both hepatitis B virus and hepatitis C virus were independent risk factors for HCC. There was not enough evidence to determine the interaction between both viruses. Only daily alcoholic drinkers showed increasing risk for HCC development, as compared to nondrinkers. ^

Hepatitis B und C bei HIV-Koinfektion

Hepatitis B and C virus infections are a leading cause of death in HIV-positive patients. Furthermore, the management of these infections is complicated. Psychosocial problems and comorbidities are frequent barriers to the optimal management of these patients. Furthermore, the rapid changes in treatment strategies particularly in Hepatitis C make it difficult to treat patients outside specialized centers. An improvement in treatment uptake and efficacy can only be achieved through coordinated efforts between private care physicians and specialized centers.