Einfluss immunevasiver Strategien des humanen Cytomegalovirus auf die MHC-Klasse-I-Präsentation der viralen Antigene pp65 und IE1

Das Humane Cytomegalovirus (HCMV) stellt eine große Bedrohung für Patienten mit geschwächtem oder unausgereiftem Immunsystem dar. Bei immunkompetenten Personen hingegen werden schwere Erkrankungen insbesondere durch die Wirkung antiviraler zytotoxischer CD8+-T-Lymphozyten (CTL) weitgehend verhindert. Aus Zellkultur-Systemen war bekannt, dass virale Glykoproteine, welche in der US2-US11-Region des HCMV-Genoms kodiert werden, inhibitorisch in den MHC-Klasse-I-Präsentationsweg eingreifen und somit die entsprechende Präsentation durch infizierte Zellen behindern. Über die Bedeutung dieser US2-US11-vermittelten Immunevasion für die Präsentation viraler Antigene im Kontext der Virusinfektion war jedoch nichts bekannt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte daher der Einfluss der Immunevasion auf die MHC-Klasse-I-Präsentation der beiden wichtigsten CTL-Zielstrukturen von HCMV, dem Tegumentprotein pp65 und dem regulatorischen immediate early Protein IE1, untersucht werden. In Ergänzung dazu sollte das immunevasive Potential eines durch HCMV kodierten Homologs des immunmodulatorischen Zytokins Interleukin-10 (cmvIL-10) analysiert werden. Hierzu wurden über Peptidimmunisierung HLA-A2-transgener Mäuse CTL-Klone hergestellt, welche ausgesuchte Peptide aus pp65 und IE1 in Assoziation mit HLA-A2 mit hoher Spezifität und Sensitivität erkannten. Auf diese Weise konnte eine direkte Beeinflussung der MHC-Klasse-I-Präsentation durch cmvIL-10 falsifiziert und somit der Hypothese, dass das von infizierten Zellen freigesetzte Zytokin die MHC-Klasse-I-Präsentation nicht infizierter Nachbarzellen beeinflussen könnte, widersprochen werden. Mit Hilfe einer US2-US11-Deletionsmutante des Virus konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die Präsentation von sowohl pp65 als auch IE1 durch die Immunevasion beeinträchtigt wird. Dabei war die Präsentation des IE1-Peptids zu jedem untersuchten Zeitpunkt nach Infektion vollständig unterdrückt. Die Präsentation des pp65-Peptids hingegen war noch bis zu 72 Stunden nach Infektion detektierbar. Diese anhaltende Präsentation wurde dabei durch MHC-Klasse-I-Komplexe hervorgerufen, die trotz der Expression der US2-US11-Region an die Zelloberfläche transportiert wurden. Anhand des pp65 konnte somit erstmals gezeigt werden, dass die Immunevasion von HCMV Bildung und Transport bestimmter MHC-Klasse-I-Peptid-Komplexe zwar beeinträchtigen, jedoch nicht vollständig blockieren kann. Weitere Untersuchungen ergaben, dass die Präsentation von IE1-Peptiden durch das Vorhandensein des pp65-Proteins nicht beeinflusst wurde. Damit konnten aus der Literatur bekannte Daten anderer widerlegt werden. Mit Hilfe einer weiteren Virusmutante konnte schließlich gezeigt werden, das die Expression eines der Immunevasine, des gpUS11, hinreichend ist, die IE1-Präsentation vollständig zu unterdrücken, jedoch keinerlei messbaren Einfluss auf die Präsentation von pp65 ausübt. Die vorliegende Arbeit hat wichtige Erkenntnisse erbracht, die die Grundlage für weiterführende Untersuchungen zur Aufklärung der Bedeutung der einzelnen Immunevasionsgene für die Präsentation viraler Antigene im Rahmen der Virusinfektion darstellen.

Immunevasion des murinen Cytomegalovirus: Regulatoren der MHC-Klasse-I vermittelten Antigenpräsentation

Zu den Immunevasionsmechanismen des murinen Cytomegalovirus, die sich im Laufe der Koevolution von Virus und Wirt entwickelt haben, gehört die Interferenz von drei viralen Regulatoren mit der Antigenpräsentation über MHC-Klasse-I-Moleküle, wodurch die Aktivierung von zytotoxischen CD8 T-Zellen beeinflusst wird: Während m152/gp40 peptidbeladene MHC-Klasse-I-Komplexe im cis-Golgi-Kompartiment akkumuliert, führt m06/gp48 diese Komplexe der lysosomalen Degradation zu. Im Gegensatz dazu vermittelt m04/gp34 deren Transport an die Zelloberfläche, wurde in der Literatur bisher aber trotzdem als Inhibitor der CD8 T-Zellaktivierung beschrieben. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss dieser viralen Proteine auf die Peptidpräsentation bzw. die T-Zellaktivierung zu untersuchen. Dazu wurde ein Set von Viren verwendet, das neben mCMV-WT aus mCMV-Deletionsmutanten besteht, die jedes der regulatorischen Proteine einzeln bzw. in allen möglichen Kombinationen exprimieren, einschließlich einer Mutante, die keines der Proteine besitzt. Entgegen der bisher gültigen Annahme konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass m04/gp34 die Antigenpräsentation nicht inhibiert. Wird es allein exprimiert, bleibt die T-Zellaktivierung unbeeinflusst. Wird es zusammen mit m152/gp40 exprimiert, stellt es die T-Zellaktivierung wieder her, indem es den herunter regulierenden Effekt von m152/gp40 antagonisiert. Dieser positiv regulierende Effekt von m04/gp34 wird wiederum durch m06/gp48 aufgehoben. Es konnte ebenfalls gezeigt werden, wie die verschiedenen Effekte dieser Virusproteine in vivo das Überleben im infizierten Wirt steuern. So wird im adoptiven Transfermodell die Infektion mit der Deletionsmutante, die m152/gp40 alleine exprimiert, schlechter kontrolliert als die Infektion mit der m152/gp40 und m04/gp34 exprimierenden Mutante. Dieser die CD8 T-Zellkontrolle verbessernde Effekt von m04/gp34 wird durch m06/gp48 wieder aufgehoben. Dass ein viraler Erreger nicht nur negative Regulatoren der Antigenpräsentation exprimiert, sondern auch einen positiven Regulator, der den Effekt eines negativen Regulators wieder aufhebt, ist in der Literatur beispiellos. Durch differentielle Expression dieser Regulatoren eröffnet sich damit dem Virus die Möglichkeit, die Antigenpräsentation gezielt zu modulieren.

Charakterisierung der Latenz des murinen Cytomegalovirus in vivo

Die primäre, produktive Cytomegalovirus (CMV)-Infektion wird im immunkompetenten Patienten effizient durch antivirale CD8+ T-Zellen kontrolliert. Das virale Genom besitzt jedoch die Fähigkeit, in einem nicht replikativen, Latenz genannten Zustand, in gewissen Zelltypen zu persistieren, ohne dass infektiöse Nachkommenviren produziert werden. Die molekularen Mechanismen, welche der Etablierung und Aufrechterhaltung der Latenz zugrundeliegen, sind noch weitestgehend unbekannt. Es gibt Hinweise darauf, dass zelluläre Verteidigungsmechanismen die Zirkularisierung und Chromatinisierung viraler Genome hervorrufen und dadurch die virale Genexpression größtenteils verhindert wird (Marks & Spector, 1984; Reeves et al., 2006).rnAllerdings liegen die Genome nicht in einem komplett inaktiven Zustand vor. Vielmehr konnte für das murine CMV (mCMV) bereits die sporadische Transkription der Gene ie1 und ie2 während der Latenz nachgewiesen werden (Kurz et al., 1999; Grzimek et al., 2001).rnIn der vorliegenden Arbeit wurde zum ersten Mal eine umfassende in vivo Latenz-Analyse zur Charakterisierung der viralen Transkription in einer Kinetik anhand der alle drei kinetischen Klassen repräsentierenden Transkripte IE1, IE3, E1, m164, M105 und M86 vorgenommen.rnNach Latenz-Etablierung, verifiziert durch Abwesenheit von infektiösem Virus, konnten alle getesteten Transkripte in der Lunge quantifiziert werden. Interessanterweise war die transkriptionelle Aktivität zu keinem Analyse-Zeitpunkt mit der klassischen IE-E-L-Kinetik der produktiven Infektion kompatibel. Stattdessen lag eine stochastische Transkript-Expression vor, deren Aktivität mit voranschreitender Zeit immer weiter abnahm.rnWährend der Latenz exprimierte Transkripte, die für antigene Peptide kodieren, können infizierte Zellen für das Immunsystem sichtbar machen, was zu einer fortwährenden Restimulation des memory T-Zell-pools führen würde. Durch zeitgleiche Analyse der Transkript-Expression, sowie der Frequenzen Epitop-spezifischer CD8+ T-Zellen während der Latenz (IE1, m164, M105), wurde eine möglicher Zusammenhang zwischen der transkriptionellen Aktivität und der Expansion des memory T-Zell-pools untersucht. Die weitere Charakterisierung von Subpopulationen der Epitop-spezifischen CD8+ T-Zellen identifizierte die SLECs (short-lived-effector cells; CD127low CD62Llow KLRG1high) als die dominante Population in Lunge und Milz während der mCMV-Latenz.rnIn einem weiteren Teil der Arbeit sollte untersucht werden, ob IE-Genexpression zur Etablierung von Latenz notwendig ist. Mit Hilfe der Rekombinanten mCMV-Δie2-DTR, die die Gensequenz des Diphtherietoxin-Rezeptors (DTR) anstelle des Gens ie2 trägt, konnten infizierte, DTR exprimierende Zellen durch eine DT-Applikation konditional depletiert werden.rnIm latent infizierbaren Zelltyp der Leber, den LSECs (liver sinusoidal endothelial cells) wurde die virale Load durch 90-stündige DT–Applikation nach mCMV-Δie2-DTR Infektion auf das Level latent infizierter LSECs reduziert. Diese Daten sprechen für die Hypothese eines von Beginn an inaktiven Genoms, das keine IE-Genexpression zur Latenz-Etablierung benötigt. Zusätzlich stellt dieser Ansatz ein neues Tier-Modell zur Latenz-Etablierung dar. Verringerte Wartezeiten bis zur vollständigen Latenz-Etablierung, im Vergleich zum bisherigen Knochenmarktransplantations-Modell, könnten anfallende Tierhaltungskosten erheblich reduzieren und das Voranschreiten der Forschung beschleunigen.

Immunofluorescence versus xTAG multiplex PCR for the detection of respiratory picornavirus infections in children

BACKGROUND: Polymerase chain reaction (PCR) is a sensitive tool for detection of respiratory picornaviruses. However, the clinical relevance of picornavirus detection by PCR is unclear. Immunofluorescence (IF), widely used to detect other respiratory viruses, has recently been introduced as a promising detection method for respiratory picornaviruses. OBJECTIVES: To compare the clinical manifestations of respiratory picornavirus infections detected by IF with those of respiratory picornavirus infections detected by xTAG multiplex PCR in hospitalized children. STUDY DESIGN: During a 1-year period, nasopharyngeal aspirates (NPA) from all children hospitalized due to an acute respiratory infection were prospectively analyzed by IF. All respiratory picornavirus positive IF samples and 100 IF negative samples were further tested with xTAG multiplex PCR. After exclusion of children with co-morbidities and viral co-infections, monoinfections with respiratory picornaviruses were detected in 108 NPA of 108 otherwise healthy children by IF and/or PCR. We compared group 1 children (IF and PCR positive, n=84) with group 2 children (IF negative and PCR positive, n=24) with regard to clinical manifestations of the infection. RESULTS: Wheezy bronchitis was diagnosed more often in group 1 than in group 2 (71% vs. 46%, p=0.028). In contrast, group 2 patients were diagnosed more frequently with pneumonia (17% vs. 6%, p=0.014) accompanied by higher levels of C-reactive protein (46mg/l vs. 11mg/l, p=0.009). CONCLUSIONS: Picornavirus detection by IF in children with acute respiratory infection is associated with the clinical presentation of wheezy bronchitis. The finding of a more frequent diagnosis of pneumonia in picornavirus PCR positive but IF negative children warrants further investigation.

Human TOP1 residues implicated in species specificity of HIV-1 infection are required for interaction with BTBD2, and RNAi of BTBD2 in old world monkey and human cells increases permissiveness to HIV-1 infection

Host determinants of HIV-1 viral tropism include factors from producer cells that affect the efficiency of productive infection and factors in target cells that block infection after viral entry. TRIM5 restricts HIV-1 infection at an early post-entry step through a mechanism associated with rapid disassembly of the retroviral capsid. Topoisomerase I (TOP1) appears to play a role in HIV-1 viral tropism by incorporating into or otherwise modulating virions affecting the efficiency of a post-entry step, as the expression of human TOP1 in African Green Monkey (AGM) virion-producing cells increased the infectivity of progeny virions by five-fold. This infectivity enhancement required human TOP1 residues 236 and 237 as their replacement with the AGM counterpart residues abolished the infectivity enhancement. Our previous studies showed that TOP1 interacts with BTBD1 and BTBD2, two proteins which co-localize with the TRIM5 splice variant TRIM5 in cytoplasmic bodies. Because BTBD1 and BTBD2 interact with one HIV-1 viral tropism factor, TOP1, and co-localize with a splice variant of another, we investigated the potential involvement of BTBD1 and BTBD2 in HIV-1 restriction.

Identification of bracovirus particle proteins and analysis of their transcript levels at the stage of virion formation

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20554796

Genetic characterization of slow bee paralysis virus of the honeybee (Apis mellifera L.)

Complete genome sequences were determined for two distinct strains of slow bee paralysis virus (SBPV) of honeybees (Apis mellifera). The SBPV genome is approximately 9 5 kb long and contains a single ORF flanked by 5'- and 3'-UTRs and a naturally polyadenylated 3' tail, with a genome organization typical of members of the family Iflaviridae The two strains, labelled `Rothamsted' and 'Harpenden', are 83% identical at the nucleotide level (94% identical at the amino acid level), although this variation is distributed unevenly over the genome. The two strains were found to co-exist at different proportions in two independently propagated SBPV preparations The natural prevalence of SBPV for 847 colonies in 162 apiaries across five European countries was <2%, with positive samples found only in England and Switzerland, in colonies with variable degrees of Varroa infestation

Tegument Protein Subcellular Localization of Human Cytomegalovirus

To determine the subcellular localization of the tegument proteins pp65, pp71, pp150, and pp28 as fusions to one of several fluorescent proteins. Since these tegument proteins play pivotal roles in several stages of the viral life cycle, knowledge of where and the mechanism of how these proteins localize upon release could result in a better understanding of their function during a lytic infection as well as assist in the development of an effective, novel antiviral treatment.

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.

Sensitive and rapid detection of ganciclovir resistance by PCR based MALDI-TOF analysis

Cytomegalovirus (CMV) infection is associated with significant morbidity and mortality in transplant recipients. Resistance against ganciclovir is increasingly observed. According to current guidelines, direct drug resistance testing is not always performed due to high costs and work effort, even when resistance is suspected.

Phylogenetic and virulence analysis of tick-borne encephalitis virus field isolates from Switzerland

Tick-borne encephalitis (TBE) is an endemic disease in Switzerland, with about 110-120 reported human cases each year. Endemic areas are found throughout the country. However, the viruses circulating in Switzerland have not been characterized so far. In this study, the complete envelope (E) protein sequences and phylogenetic classification of 72 TBE viruses found in Ixodes ricinus ticks sampled at 39 foci throughout Switzerland were analyzed. All isolates belonged to the European subtype and were highly related (mean pairwise sequence identity of 97.8% at the nucleotide and 99.6% at the amino acid level of the E protein). Sixty-four isolates were characterized in vitro with respect to their plaque phenotype. More than half (57.8%) of isolates produced a mixture of plaques of different sizes, reflecting a heterogeneous population of virus variants. Isolates consistently forming plaques of small size were associated with recently detected endemic foci with no or only sporadic reports of clinical cases. All of six virus isolates investigated in an in vivo mouse model were highly neurovirulent (100% mortality) but exhibited a relatively low level of neuroinvasiveness, with mouse survival rates ranging from 50% to 100%. Therefore, TBE viruses circulating in Switzerland belong to the European subtype and are closely related. In vitro and in vivo surrogates suggest a high proportion of isolates with a relatively low level of virulence, which is in agreement with a hypothesized high proportion of subclinical or mild TBE infections.

Canine distemper virus infects canine keratinocytes and immune cells by using overlapping and distinct regions located on one side of the attachment protein

The morbilliviruses measles virus (MeV) and canine distemper virus (CDV) both rely on two surface glycoproteins, the attachment (H) and fusion proteins, to promote fusion activity for viral cell entry. Growing evidence suggests that morbilliviruses infect multiple cell types by binding to distinct host cell surface receptors. Currently, the only known in vivo receptor used by morbilliviruses is CD150/SLAM, a molecule expressed in certain immune cells. Here we investigated the usage of multiple receptors by the highly virulent and demyelinating CDV strain A75/17. We based our study on the assumption that CDV-H may interact with receptors similar to those for MeV, and we conducted systematic alanine-scanning mutagenesis on CDV-H throughout one side of the beta-propeller documented in MeV-H to contain multiple receptor-binding sites. Functional and biochemical assays performed with SLAM-expressing cells and primary canine epithelial keratinocytes identified 11 residues mutation of which selectively abrogated fusion in keratinocytes. Among these, four were identical to amino acids identified in MeV-H as residues contacting a putative receptor expressed in polarized epithelial cells. Strikingly, when mapped on a CDV-H structural model, all residues clustered in or around a recessed groove located on one side of CDV-H. In contrast, reported CDV-H mutants with SLAM-dependent fusion deficiencies were characterized by additional impairments to the promotion of fusion in keratinocytes. Furthermore, upon transfer of residues that selectively impaired fusion induction in keratinocytes into the CDV-H of the vaccine strain, fusion remained largely unaltered. Taken together, our results suggest that a restricted region on one side of CDV-H contains distinct and overlapping sites that control functional interaction with multiple receptors.