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

Evaluation eines humanisierten Mausmodells der allergischen Atemwegsentzündung

Aus der zunehmenden Prävalenz allergischer Erkrankungen vor allem in den Industrienationen ergibt sich ein erhöhter Bedarf an Grundlagenforschung im Bereich von Allergie und Asthma sowie der Entwicklung innovativer Therapiestrategien. In der vorliegenden Dissertation wurden die immundefizienten Mausstämme NOD-Scid und NOD-Scid gc als vielversprechender translationaler Schritt zwischen dem reinen Tiermodell und der Erprobung neuer Therapieansätze an Probanden in klinischen Studien beleuchtet. Im experimentellen Verlauf der Arbeit wurde ein humanisiertes Mausmodell der allergischen Atemwegsentzündung zunächst in immundefizienten NOD-Scid und darauffolgend in NOD-Scid gc Mäusen etabliert. Diese Mausstämme zeichnen sich durch das Nichtvorhandensein von B- und T-Zellen aus. Im NOD-Scid gc Stamm resultiert aus einer zusätzlichen Mutation des Gens für die gamma-Kette des IL-2 Rezeptors der Verlust von natürlichen Killerzellen (NK-Zellen), was die Immunität in diesem Stamm weiter herabsetzt und eine Humanisierung erleichtert. Die Humanisierung der Mäuse erfolgte durch die intraperitoneale Injektion von mononukleären Zellen des peripheren Blutes (PBMCs), die unter Anwendung der Ficoll-Dichtezentrifugation aus dem Blut von Probanden isoliert wurden. Für die Gewinnung der PBMCs wurden zum einen Asthma-Patienten mit einer hochgradigen Sensibilisierung gegen Birkenpollen herangezogen. Zum anderen wurden in Kontrollexperimenten PBMCs nicht-allergischer Probanden verwendet. Während sich für den NOD-Scid Stamm 80 Millionen PBMCs als angemessene Transferzahl erwiesen, reichten für die Rekonstitution des NOD-Scid gc Stammes 5 Millionen PBMCs aus. Eine Analyse der Tiere erfolgte 24 Tage nach Injektion der humanen Zellen. Der Transfer der PBMCs allergischer Asthmatiker führte besonders nach additiver Applikation des Birkenallergens sowie des humanen rekombinanten Zytokins IL-4 und darauffolgender nasaler allergener Provokation zu einer starken pulmonalen Entzündung in den Mäusen. Die nasale Allergenprovokation an den Tagen 20-22 nach PBMC-Transfer erwies sich für das Aufkommen der Inflammation als unbedingt erforderlich. Die nasale Provokation mit Phosphat-gepufferter Salzlösung (PBS) mündete in einer herabgesetzten Inflammation ohne Ausprägung einer Atemwegsüberempfindlichkeit (AHR), reduzierten Zellzahlen in der bronchoalveolären Lavage (BAL) sowie verminderten Frequenzen humaner Zellen in den Lungen von Versuchstieren, die mit atopischen PBMCs supplementiert mit Birkenallergen und IL-4 rekonstituiert wurden. Die Allergenabhängigkeit des etablierten Modells wurde anhand von Experimenten untermauert, die verdeutlichten, dass ein Transfer von PBMCs nicht-allergischer Probanden trotz Zugabe des Allergens und humanem IL-4 keine Atemwegsinflammation auslöste. Bei den humanen Zellen, die an Tag 24 nach Rekonstitution in den Mäusen detektiert werden konnten, handelte es sich hauptsächlich um T-Zellen. Innerhalb dieser CD3+ T-Zellen konnten CD4+ und CD8+ T-Zellen differenziert werden. Depletionsexperimente, in denen nach Gewinnung der PBMCs aus dem Blut der Probanden verschiedene T-Zellsubpopulationen (CD3+, CD4+, CD8+) eliminiert wurden, führten zu dem Befund, dass die allergische Atemwegsentzündung in dem System von humanen CD4+ T-Zellen abhängig war. Nach der Etablierung des humanisierten Mausmodells der allergischen Atemwegsentzündung wurde das System zur Analyse des suppressionsfördernden Potentials des HIV-1 - Hüllproteins gp120 genutzt. Die Applikation von gp120 führte zu einer Reduktion der Atemwegsinflammation. Dies äußerte sich in einer Aufhebung der AHR, verminderten Zellzahlen in der BAL sowie dem reduzierten Einstrom humaner T-Zellen in die Lungen der rekonstituierten Tiere. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die anti-inflammatorische Wirkung des gp120 strikt von der Anwesenheit regulatorischer T-Zellen (Tregs) innerhalb der für die Humanisierung genutzten PBMCs abhängig war. Eine Depletion der Tregs vor Transfer in die Mäuse führte zum Verlust der anti-inflammatorischen Effekte des gp120. Diese Ergebnisse sprechen für die Modulation regulatorischer T-Zellen als hoffnungsvolle Maßnahme in der Behandlung allergischer Erkrankungen. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse eröffnen innovative Ansätze zur Analyse neuer Therapiestrategien in einem Testsystem, dass die Erforschung humaner Zellinteraktionen sowie die Wirkung potentieller Arzneistoffe auf humane Zellen unter in vivo Bedingungen erlaubt.

3D visualization of HIV virions by cryoelectron tomography.

The structure of the human immunodeficiency virus (HIV) and some of its components have been difficult to study in three-dimensions (3D) primarily because of their intrinsic structural variability. Recent advances in cryoelectron tomography (cryo-ET) have provided a new approach for determining the 3D structures of the intact virus, the HIV capsid, and the envelope glycoproteins located on the viral surface. A number of cryo-ET procedures related to specimen preservation, data collection, and image processing are presented in this chapter. The techniques described herein are well suited for determining the ultrastructure of bacterial and viral pathogens and their associated molecular machines in situ at nanometer resolution.

{\it In vivo\/} induction of cytotoxic T lymphocytes against human immunodeficiency virus type 1 by synthetic viral peptides

Cytotoxic T lymphocytes (CTLs) play an important role in the suppression of initial viremia after acute infection with the human immunodeficiency virus (HIV), the causative agent of acquired immune deficiency syndrome (AIDS). Most HIV-infected individuals attain a high titer of anti-HIV antibodies within weeks of infection; however this antibody-mediated immune response appears not to be protective. In addition, anti-HIV antibodies can be detrimental to the immune response to HIV through enhancement of infection and participating in autoimmune reactions as a result of HIV protein mimicry of self antigens. Thus induction and maintenance of a strong HIV-specific CTL immune response in the absence of anti-HIV antibodies has been proposed to be the most effective means of controlling of HIV infection. Immunization with synthetic peptides representing HIV-specific CTL epitopes provides a way to induce specific CTL responses, while avoiding stimulation of anti-HIV antibody. This dissertation examines the capacity of synthetic peptides from the V3 loop region of the gp120 envelope protein from several different strain of HIV-1 to induce HIV-specific, MHC-restricted CD8$\sp+$ CTL response in vivo in a mouse model. Seven synthetic peptides representative of sequences found throughout North America, Europe, and Central Africa have been shown to prime CTLs in vivo. In the case of the MN strain of HIV-1, a 13 amino acid sequence defining the epitope is most efficient for optimal induction of specific CTL, whereas eight to nine amino acid sequences that could define the epitope were not immunogenic. In addition, synthesis of peptides with specific amino acid substitutions that are important for either MHC binding or T cell receptor recognition resulted in peptides that exhibited increased immunogenicity and induced CTLs that displayed altered specificity. V3 loop peptides from HIV-1 MN, SC, and Z321 induced a CTL population that was broadly cross-reactive against strains of HIV-1 found throughout the world. This research confirms the potential efficacy of using synthetic peptides for in vivo immunization to induce HIV-specific CTL-mediated responses and provides a basis for further research into development of synthetic peptide-based vaccines. ^

Binding of the HIV-1 gp120 -V3 to cellular glycosphingolipids is necessary for CXCR4 recruitment and infection

Infection by human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is a multi-step process, and detailed analyses of the various events critical for productive infection are necessary to clearly understanding the infection process and identifying novel targets for therapeutic interventions. Evidence from this study reveals binding of the viral envelope protein to host cell glycosphingolipids (GSLs) as a novel event necessary for the orderly progression of the host cell-entry and productive infection by HIV-1. Data obtained from co-immunoprecipitation analyses and confocal microscopy showed that the ability of viral envelope to interact with the co-receptor CXCR4 and productive infection of HIV-1 were inhibited in cells rendered GSL-deficient, while both these activities were restored after reconstitution of the cells with specific GSLs like GM3. Furthermore, evidence was obtained using peptide-inhibitors of HIV-1 infection to show that binding of a specific region within the V3-loop of the envelope protein gp120 to the host cell GSLs is the trigger necessary for the CD4-bound gp120 to recruit the CXCR4 co-receptor. Infection-inhibitory activity of the V3 peptides was compromised in GSL-deficient cells, but could be restored by reconstitution of GSLs. Based on these findings, a revised model for HIV-1 infection is proposed that accounts for the established interactions between the viral envelope and host cell receptors while enumerating the importance of the new findings that fill the gap in the current knowledge of the sequential events for the HIV-1 entry. According to this model, post-CD4 binding of the HIV-1 envelope surface protein gp120 to host cell GSLs, mediated by the gp120-V3 region, enables formation of the gp120-CD4-GSL-CXCR4 immune-complex and productive infection. The identification of cellular GSLs as an additional class of co-factors necessary for HIV-1 infection is important for enhancing the basic knowledge of the HIV-1 entry that can be exploited for developing novel antiviral therapeutic strategies. ^

A role of Toc33 in the protochlorophyllide-dependent plastid import pathway of NADPH:proto¬chlorophyllide oxidoreductase (POR) A

NADPH: protochlorophyllide oxido reductase (POR) A is a key enzyme of chlorophyll biosynthesis in angiosperms. It is nucleus-encoded, synthesized as a larger precursor in the cytosol and imported into the plastids in a substrate-dependent manner. Plastid envelope membrane proteins, called protochlorophyllide dependent translocon proteins, Ptcs, have been identified that interact with pPORA during import. Amongthem are a 16-kDa ortholog of the previously characterized outer envelope protein Oep16 (named Ptc16) and a33-kDa protein (Ptc33) related to the GTP-binding proteins Toc33 and Toc34 of Arabidopsis. In the present work, we studied the interactions and roles of Ptc16 and Ptc33 during pPORA import. Radio labeled Ptc16/Oep16 was synthesized from a corresponding cDNA and imported into isolated Arabidopsis plastids. Crosslinking experiments revealed that import of35S-Oep16/Ptc16 is stimulated by GTP.35S-Oep16/Ptc16forms larger complexes with Toc33 but not Toc34. Plastids of the ppi1 mutant of Arabidopsis lacking Toc33, were unable to import pPORA in darkness but imported the small subunit precursor of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (pSSU), precursor ferredoxin (pFd) as well as pPORB which is a close relative of pPORA. In white light, partial suppressions of pSSU, pFd and pPORB import were observed. Our results unveil a hitherto unrecognized role of Toc33 in pPORA import and suggest photo oxidative membrane damage, induced by excess Pchlide accumulating in ppi1 chloroplasts because of the lack of pPORA import, to be the cause of the general drop of protein import.

Identification of the block in targeted retroviral-mediated gene transfer

A chimeric retroviral vector (33E67) containing a CD33-specific single-chain antibody was generated in an attempt to target cells displaying the CD33 surface antigen. The chimeric envelope protein was translated, processed, and incorporated into viral particles as efficiently as wild-type envelope protein. The viral particles carrying the 33E67 envelope protein could bind efficiently to the CD33 receptor on target cells and were internalized, but no gene transfer occurred. A unique experimental approach was used to examine the basis for this postbinding block. Our data indicate that the chimeric envelope protein itself cannot participate in the fusion process, the most reasonable explanation being that this chimeric protein cannot undergo the appropriate conformational change that is thought to be triggered by receptor binding, a suggested prerequisite to subsequent fusion and core entry. These results indicate that the block to gene transfer in this system, and probably in most of the current chimeric retroviral vectors to date, is the inability of the chimeric envelope protein to undergo this obligatory conformational change.

Enhanced immunogenicity of HIV-1 vaccine construct by modification of the native peptide sequence

Viral proteins are not naturally selected for high affinity major histocompatibility complex (MHC) binding sequences; indeed, if there is any selection, it is likely to be negative in nature. Thus, one should be able to increase viral peptide binding to MHC in the rational design of synthetic peptide vaccines. The T1 helper peptide from the HIV-1 envelope protein was made more immunogenic for inducing T cell proliferation to the native sequence by replacing a residue that exerts an adverse influence on peptide binding to an MHC class II molecule. Mice immunized with vaccine constructs combining the more potent Th helper (Th) epitope with a cytotoxic T lymphocyte (CTL) determinant developed greatly enhanced CTL responses. Use of class II MHC-congenic mice confirmed that the enhancement of CTL response was due to class II-restricted help. Thus, enhanced T cell help is key for optimal induction of CTL, and, by modification of the native immunogen to increase binding to MHC, it is possible to develop second generation vaccine constructs that enhance both Th cell activation and CTL induction.

Identification of a cellular receptor for subgroup E avian leukosis virus

Genetic studies in chickens and receptor interference experiments have indicated that avian leukosis virus (ALV)-E may utilize a cellular receptor related to the receptor for ALV-B and ALV-D. Recently, we cloned CAR1, a tumor necrosis factor receptor (TNFR)-related protein, that serves as a cellular receptor for ALV-B and ALV-D. To determine whether the cellular receptor for ALV-E is a CAR1-like protein, a cDNA library was made from turkey embryo fibroblasts (TEFs), which are susceptible to ALV-E infection, but not to infection by ALV-B and ALV-D. The cDNA library was screened with a radioactively labeled CAR1 cDNA probe, and clones that hybridized with the probe were isolated. A 2.3-kb cDNA clone was identified that conferred susceptibility to ALV-E infection, but not to ALV-B infection, when expressed in transfected human 293 cells. The functional cDNA clone is predicted to encode a 368 amino acid protein with significant amino acid similarity to CAR1. Like CAR1, the TEF protein is predicted to have two extracellular TNFR-like cysteine-rich domains and a putative death domain similar to those of TNFR I and Fas. Flow cytometric analysis and immunoprecipitation experiments demonstrated specific binding between the TEF CAR1-related protein and an immunoadhesin composed of the surface (SU) envelope protein of subgroup E (RAV-0) virus fused to the constant region of a rabbit immunoglobulin. These two activities of the TEF CAR1-related protein, specific binding to ALV-E SU and permitting entry only of ALV-E, have unambiguously identified this protein as a cellular receptor specific for subgroup E ALV.

Chemokines regulate hippocampal neuronal signaling and gp120 neurotoxicity

The HIV-1 envelope protein gp120 induces apoptosis in hippocampal neurons. Because chemokine receptors act as cellular receptors for HIV-1, we examined rat hippocampal neurons for the presence of functional chemokine receptors. Fura-2-based Ca imaging showed that numerous chemokines, including SDF-1α, RANTES, and fractalkine, affect neuronal Ca signaling, suggesting that hippocampal neurons possess a wide variety of chemokine receptors. Chemokines also blocked the frequency of spontaneous glutamatergic excitatory postsynaptic currents recorded from these neurons and reduced voltage-dependent Ca currents in the same neurons. Reverse transcription–PCR demonstrated the expression of CCR1, CCR4, CCR5, CCR9/10, CXCR2, CXCR4, and CX3CR1, as well as the chemokine fractalkine in these neurons. Both fractalkine and macrophage-derived chemokine (MDC) produced a time-dependent activation of extracellular response kinases (ERK)-1/2, whereas no activation of c-JUN NH2-terminal protein kinase (JNK)/stress-activated protein kinase, or p38 was evident. Furthermore, these two chemokines, as well as SDF-1α, activated the Ca- and cAMP-dependent transcription factor CREB. Several chemokines were able also to block gp120-induced apoptosis of hippocampal neurons, both in the presence and absence of the glial feeder layer. These data suggest that chemokine receptors may directly mediate gp120 neurotoxicity.

The Role of the Membrane-spanning Domain Sequence in Glycoprotein-mediated Membrane Fusion

The role of glycoprotein membrane-spanning domains in the process of membrane fusion is poorly understood. It has been demonstrated that replacing all or part of the membrane-spanning domain of a viral fusion protein with sequences that encode signals for glycosylphosphatidylinositol linkage attachment abrogates membrane fusion activity. It has been suggested, however, that the actual amino acid sequence of the membrane-spanning domain is not critical for the activity of viral fusion proteins. We have examined the function of Moloney murine leukemia virus envelope proteins with substitutions in the membrane-spanning domain. Envelope proteins bearing substitutions for proline 617 are processed and incorporated into virus particles normally and bind to the viral receptor. However, they possess greatly reduced or undetectable capacities for the promotion of membrane fusion and infectious virus particle formation. Our results imply a direct role for the residues in the membrane-spanning domain of the murine leukemia virus envelope protein in membrane fusion and its regulation. They also support the thesis that membrane-spanning domains possess a sequence-dependent function in other protein-mediated membrane fusion events.

Evidence that a prominent cavity in the coiled coil of HIV type 1 gp41 is an attractive drug target

Synthetic C peptides, corresponding to the C helix of the HIV type 1 (HIV-1) gp41 envelope protein, are potent inhibitors of HIV-1 membrane fusion. One such peptide is in clinical trials. The crystal structure of the gp41 core, in its proposed fusion-active conformation, is a trimer of helical hairpins in which three C helices pack against a central coiled coil. Each C helix shows especially prominent contacts with one of three symmetry-related, hydrophobic cavities on the surface of the coiled coil. We show that the inhibitory activity of the C peptide C34 depends on its ability to bind to this coiled-coil cavity. Moreover, examining a series of C34 peptide variants with modified cavity-binding residues, we find a linear relationship between the logarithm of the inhibitory potency and the stability of the corresponding helical-hairpin complexes. Our results provide strong evidence that this coiled-coil cavity is a good drug target and clarify the mechanism of C peptide inhibition. They also suggest simple, quantitative assays for the identification and evaluation of analogous inhibitors of HIV-1 entry.

The immunodominant major histocompatibility complex class I-restricted antigen of a murine colon tumor derives from an endogenous retroviral gene product.

Tumors express peptide antigens capable of being recognized by tumor-specific cytotoxic T lymphocytes (CTL). Immunization of mice with a carcinogen-induced colorectal tumor, CT26, engineered to secrete granulocyte/macrophage colony-stimulating factor, routinely generated both short-term and long-term CTL lines that not only lysed the parental tumor in vitro, but also cured mice of established tumor following adoptive transfer in vivo. When either short-term or long-term CTL lines were used to screen peptides isolated from CT26, one reverse-phase high performance liquid chromatography peptide fraction consistently sensitized a surrogate target for specific lysis. The bioactivity remained localized within one fraction following multiple purification procedures, indicating that virtually all of the CT26-specific CTL recognized a single peptide. This result contrasts with other tumor systems, where multiple bioactive peptide fractions have been detected. The bioactive peptide was identified as a nonmutated nonamer derived from the envelope protein (gp70) of an endogenous ecotropic murine leukemia provirus. Adoptive transfer with CTL lines specific for this antigen demonstrated that this epitope represents a potent tumor rejection antigen. The selective expression of this antigen in multiple non-viral-induced tumors provides evidence for a unique class of shared immunodominant tumor associated antigens as targets for antitumor immunity.

Highly efficient germ-line transmission of proviral insertions in zebrafish.

An important technology in model organisms is the ability to make transgenic animals. In the past, transgenic technology in zebrafish has been limited by the relatively low efficiency with which transgenes could be generated using either DNA microinjection or retroviral infection. Previous efforts to generate transgenic zebrafish with retroviral vectors used a pseudotyped virus with a genome based on the Moloney murine leukemia virus and the envelope protein of the vesicular stomatitis virus. This virus was injected into blastula-stage zebrafish, and 16% of the injected embryos transmitted proviral insertions to their offspring, with most founders transmitting a single insertion to approximately 2% of their progeny. In an effort to improve this transgenic frequency, we have generated pseudotyped viral stocks of two new Moloney-based genomes. These viral stocks have titers up to two orders of magnitude higher than that used previously. Injection of these viruses resulted in a dramatic increase in transgenic efficiency; over three different experiments, 83% (110/133) of the injected embryos transmitted proviral insertions to 24% of their offspring. Furthermore, founders made with one of the viruses transmitted an average of 11 different insertions through their germ line. These results represent a 50- to 100-fold improvement in the efficiency of generating transgenic zebrafish, making it now feasible for a single lab to rapidly generate tens to hundreds of thousands of transgenes. Consequently, large-scale insertional mutagenesis strategies, previously limited to invertebrates, may now be possible in a vertebrate.