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.

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.

Zeitschrift fu r Hygiene und Infektionskrankheiten, medizinische Mikrobiologie, Immunologie und Virologie.

Suspended publication 1945-46.

Immunevasive Strategien des Humanen Cytomegalovirus : Einfluss des Tegumentproteins pp71 und des Immunevasins gpUS3 auf die MHC-Klasse-I-Antigenpräsentation infizierter Zellen

Bei Menschen mit unreifem oder geschwächtem Immunsystem kann eine Infektion mit dem Humanen Cytomegalovirus (HCMV) zu schweren Erkrankungen führen. Hingegen kontrolliert das Immunsystem bei Gesunden die HCMV-Infektion fast vollständig. Wichtige Effektoren hierbei sind CD8-positive zytotoxische T-Zellen (CTLs). Um dieser Kontrolle entgegenzuwirken, exprimiert HCMV die als Immunevasine bekannten Proteine gpUS2, gpUS3, gpUS6 und gpUS11. Sie greifen an unterschiedlichen Stellen in die MHC-Klasse-I (MHC-I)-vermittelte Antigenpräsentation ein und schützen so infizierte Zellen vor der Erkennung durch CTLs. Zusätzlich waren auch den Tegumentproteinen pp65 und pp71 immunevasive Funktionen zugeschrieben worden, wobei jedoch über diese Funktionen bisher nur wenig bekannt war. Daher sollte im ersten Teil der vorliegenden Arbeit die Beteiligung von pp71 an der MHC-I-Immunevasion von HCMV-infizierten humanen Fibroblasten untersucht werden. Zu diesem Zweck wurden HCMV-Mutanten eingesetzt, die pp71 verstärkt exprimierten. Entgegen der postulierten immunevasiven Rolle von pp71 konnte zu keinem Zeitpunkt der Infektion ein inhibierender Effekt von pp71 auf die Antigenpräsentation infizierter Fibroblasten festgestellt werden. Sehr früh nach Infektion war sogar eine pp71-vermittelte Steigerung der Präsentation des HCMV-Proteins IE1 zu beobachten. Um zu prüfen, ob es auch während einer natürlichen Infektion zu einer Erhöhung der pp71-Expression und den damit verbundenen Effekten kommen kann, wurde untersucht, ob die Expression von pp71 durch Zellstress induzierbar ist. Dies erschien möglich, da der Leserahmen für pp71 von einer bizistronischen mRNA kodiert wird. Über die Erzeugung von Zellstress durch Serumentzug konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die Expression des wichtigen viralen Transaktivators pp71 abhängig vom physiologischen Zustand der infizierten Zellen reguliert wird. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit sollte die Rolle des Immunevasins gpUS3 näher beleuchtet werden. Sein Wirkmechanismus war, wie die Mechanismen der drei anderen Immunevasine gpUS2, gpUS6 und gpUS11, bereits ausführlicher untersucht worden. Der individuelle Beitrag von gpUS3 zur MHC-I-Immunevasion in infizierten Zellen sowie ein mögliches Zusammenspiel mit den anderen Immunevasinen waren hingegen noch zu erforschen. Hierzu wurden HCMV-Mutanten eingesetzt, die keines oder nur eines der Immunevasine exprimierten. Mit ihrer Hilfe konnte gezeigt werden, dass gpUS3 sehr früh nach Infektion überraschenderweise die Immunevasion in infizierten Fibroblasten behindert. Zu späteren Infektionszeitpunkten war dagegen ein immunevasiver Effekt von gpUS3 in Form einer Kooperation mit jeweils einem der drei anderen Immunevasine festzustellen. Aus diesen Ergebnissen ergibt sich die neue Hypothese, dass die Hauptaufgabe von gpUS3 im Rahmen der HCMV-Immunevasion in der Regulation der Funktionen der übrigen Immunevasine liegt.

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.

Molekulare Grundlagen der Immunkontrolle des murinen Cytomegalovirus in Gegenwart viruskodierter Immunevasine

Die Kontrolle der Infektion mit dem humanen Cytomegalovirus (HCMV) wird primär durch antivirale CD8 T-Zellen vermittelt. Während der Koevolution zwischen Virus und Wirt wurden Immunevasionsmechanismen entwickelt, die direkt die Expression der Peptid-MHC-Klasse-I-Komplexe an der Zelloberfläche beeinflussen und es dem Virus ermöglichen, der Immunkontrolle des Wirtes zu entkommen. Da HCMV und das murine CMV (mCMV) zum Teil analoge Strategien zur Modulation des MHC-Klasse-I-Antigen-Präsentationswegs entwickelt haben, wurde in der vorliegenden Arbeit auf das experimentelle Modell mit mCMV zurückgegriffen. Die für die Immunevasion verantwortlichen Genprodukte m04/gp34, m06/gp48 und m152/gp40 werden aufgrund ihres regulatorischen Einflusses auf die Antigenpräsentation als vRAPs (viral regulators of antigen presentation) bezeichnet. Diese interferieren mit dem Transport Peptid-beladener MHC-Klasse-I-Moleküle und reduzieren in ihrer konzertierten Wirkung die Präsentation viraler Peptide an der Zelloberfläche.rnDie Transplantation hämatopoietischer Zellen nach Immunoablation stellt eine etablierte Therapieform bei malignen hämatologischen Erkrankungen dar. Zwischen Immunoablation und der Rekonstitution des Immunsystems sind die Empfänger der transferierten Zellen stark immunsupprimiert und anfällig für eine CMV-Erkrankung bei Reaktivierung des Virus. Neben der Gabe antiviraler Medikamente ist der adoptive Transfer antiviraler CD8 T-Zellen eine vielversprechende Therapiemöglichkeit, um reaktivierende CMV zu kontrollieren, bis das körpereigene Immunsystem wieder funktionsfähig ist. Obwohl im murinen Modell sehr wohl etabliert, stellen im humanen System die eingeschränkte Wirkung und die Notwendigkeit der konsequenten Gabe hoher Zellzahlen gewisse logistische Schwierigkeiten dar, welche die Methode bisher von der klinischen Routine ausschließen.rnDas murine Modell sagte eine Rolle von IFN-γ voraus, da Depletion dieses Zytokins zu einer verminderten Schutzwirkung gegen die mCMV-Infektion führt.rnIm ersten Teil dieser Arbeit sollte ein möglicher inhibitorischer Effekt von m04 auf m152 untersucht werden, der bei der Rekombinanten Δm06W beobachtet wurde. Mit neu generierten Viren (Δm06L1+2) konnte dieser Effekt allerdings nicht bestätigt werden. Bei Δm06W fehlte jedoch eine höher N-glykosylierte Isoform des m152-Proteins. Um zu untersuchen, ob die N-Glykosylierung von m152 für seine Funktion notwendig ist, wurde ein rekombinantes Virus generiert, das in Folge einer Deletion aller 3 N-Glykosylierungssequenzen nur eine nicht-glykosylierte Isoform des m152-Proteins bilden kann. In Übereinstimmung mit der zwischenzeitlich publizierten Kristallstruktur das Komplexes von m152 und dem Liganden RAE-1 des aktivierenden NK-Zellrezeptors NKG2D konnte erstmals gezeigt werden, dass die Funktionen von m152 in der adaptiven und in der angeborenen Immunität auch von der nicht N-glykosylierten Isoform wahrgenommen werden können.rnIm zweiten Teil der Arbeit sollte mit Hilfe eines Sets an vRAP Deletionsmutanten der Einfluss von IFN γ auf die einzeln oder in Kombination exprimierten vRAPs untersucht werden. Es zeigte sich, dass Vorbehandlung der Zellen mit IFN-γ die Antigenprozessierung nach Infektion stark erhöht und die vRAPs dann nicht mehr in der Lage sind, die Präsentation aller Peptid-beladener MHC-Klasse-I-Komplexe zu verhindern. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass vorher nicht-schützende CD8 T-Zellen Schutz vermitteln können, wenn das Gewebe der Rezipienten konstitutiv mit IFN-γ versorgt wird. Die zusätzliche Gabe von IFN-γ stellt daher eine vielversprechende Möglichkeit dar, den adoptiven Transfer als Therapie in der klinischen Routine einzusetzen.

Irradiation, cisplatin, and 5-azacytidine upregulate cytomegalovirus promoter in tumors and muscles: Implementation of non-invasive fluorescence imaging

Purpose: The cytomegalovirus (CMV) promoter is one of the most commonly used promoters for expression of transgenes in mammalian cells. The aim of our study was to evaluate the role of methylation and upregulation of the CMV promoter by irradiation and the chemotherapeutic agent cisplatin in vivo using non-invasive fluorescence in vivo imaging. Procedures: Murine fibrosarcoma LPB and mammary carcinoma TS/A cells were stably transfected with plasmids encoding CMV and p21 promoter-driven green fluorescent protein (GFP) gene. Solid TS/A tumors were induced by subcutaneous injection of fluorescent tumor cells, while leg muscles were transiently transfected with plasmid encoding GFP under the control of the CMV promoter. Cells, tumors, and legs were treated either by DNA methylation inhibitor 5-azacytidine, irradiation, or cisplatin. GFP expression was determined using a fluorescence microplate reader in vitro and by non-invasive fluorescence imaging in vivo. Results: Treatment of cells, tumors, and legs with 5-azacytidine (re)activated the CMV promoter. Furthermore, treatment with irradiation or cisplatin resulted in significant upregulation of GFP expression both in vitro and in vivo. Conclusions: Observed alterations in the activity of the CMV promoter limit the usefulness of this widely used promoter as a constitutive promoter. On the other hand, inducibility of CMV promoters can be beneficially used in gene therapy when combined with standard cancer treatment, such as radiotherapy and chemotherapy. © 2010 The Author(s).

Cytomegalovirus infection after liver transplantation in children

Post-liver transplant cytomegalovirus (CMV) infection (seroconversion or virus isolation) and CMV disease (infection plus clinical signs and symptoms) were studied in relation to pretransplant recipient and donor serology, age, nutritional status and the effect of paediatric versus adult (reduced size) grafts. Of 70 children receiving 79 transplants, 26 (37%) had evidence of CMV infection, and eight (11.5%) had evidence of CMV disease, four of whom died. The primary infection rate (where the recipients were CMV negative) was 71% with mortality of 7% with most receiving a CMV-positive graft. The active secondary infection rate (reactivation or reinfection, where the recipients were CMV positive) was 60% with mortality of 12.5%. No significant differences in infection on disease rates were found comparing malnourished versus well-nourished patients, or between those who received whole or reduced-size grafts. The high prevalence of CMV infections supports the view that clinical signs alone are inadequate to direct investigations for CMV. Both primary and active secondary CMV infection can result in serious morbidity and mortality in children receiving liver transplants. These data do not support the strategy of providing immunoprophylaxis to seronegative recipients only, at least in paediatric liver transplantation.

Cytomegalovirus in the Process of Chronic Allograft Nephropathy

Cytomegalovirus (CMV) is a major cause of morbidity, costs and even mortality in organ transplant recipients. CMV may also enhance the development of chronic allograft nephropathy (CAN), which is the most important cause of graft loss after kidney transplantation. The evidence for the role of CMV in chronic allograft nephropathy is somewhat limited, and controversial results have also been reported. The aim of this study was to investigate the role of CMV in the pathogenesis of CAN. Material for the purpose of this study was available from altogether 70 kidney transplant recipients who received a kidney transplant between the years 1992-2000. CMV infection was diagnosed with pp65 antigenemia test or by viral culture from blood, urine, or both. CMV proteins were demonstrated in the kidney allograft biopsies by immunohistochemisrty and CMV-DNA by in situ hybridization. Cytokines, adhesion molecules, and growth factors were demonstrated from allograft biopsies by immunohistochemistry, and from urinary samples by ELISA-methods. CMV proteins were detectable in the 6-month protocol biopsies from 18/41 recipients with evidence of CMV infection. In the histopathological analysis of the 6-month protocol biopsies, presence of CMV in the allograft together with a previous history of acute rejection episodes was associated with increased arteriosclerotic changes in small arterioles. In urinary samples collected during CMV infection, excretion of TGF-β was significantly increased. In recipients with increased urinary excretion of TGF-β, increased interstitial fibrosis was recorded in the 6- month protocol biopsies. In biopsies taken after an active CMV infection, CMV persisted in the kidney allograft in 17/48 recipients, as CMV DNA or antigens were detected in the biopsies more than 2 months after the last positive finding in blood or urine. This persistence was associated with increased expression of TGF-β, PDGF, and ICAM-1 and with increased vascular changes in the allografts. Graft survival and graft function one and two years after transplantation were reduced in recipients with persistent intragraft CMV. Persistent intragraft CMV infection was also a risk factor for reduced graft survival in Cox regression analysis, and an independent risk factor for poor graft function one and two years after transplantation in logistic regression analysis. In conclusion, these results show that persistent intragraft CMV infection is detrimental to kidney allografts, causing increased expression of growth factors and increased vascular changes, leading to reduced graft function and survival. Effective prevention, diagnosis and treatment of CMV infections may a major factor in improving the long term survival of kidney allograft.

Hybrid cytomegalovirus-U6 promoter-based plasmid vectors improve efficiency of RNA interference in zebrafish

Short hairpin RNA (shRNA) directed by RNA polymerase III (Pol III) or Pol II promoter was shown to be capable of silencing gene expression, which should permit analyses of gene functions or as a potential therapeutic tool. However, the inhibitory effect of shRNA remains problematic in fish. We demonstrated that silencing efficiency by shRNA produced from the hybrid construct composed of the CMV enhancer or entire CMV promoter placed immediately upstream of a U6 promoter. When tested the exogenous gene, silencing of an enhanced green fluorescent protein (EGFP) target gene was 89.18 +/- 5.06% for CMVE-U6 promoter group and 88.26 +/- 6.46% for CMV-U6 promoter group. To test the hybrid promoters driving shRNA efficiency against an endogenous gene, we used shRNA against no tail (NTL) gene. When vectorized in the zebrafish, the hybrid constructs strongly repressed NTL gene expression. The NTL phenotype occupied 52.09 +/- 3.06% and 51.56 +/- 3.68% for CMVE-U6 promoter and CMV-U6 promoter groups, respectively. The NTL gene expression reduced 82.17 +/- 2.96% for CMVE-U6 promoter group and 83.06 +/- 2.38% for CMV-U6 promoter group. We concluded that the CMV enhancer or entire CMV promoter locating upstream of the U6-promoter could significantly improve inhibitory effect induced by the shRNA for both exogenous and endogenous genes compared with the CMV promoter or U6 promoter alone. In contrast, the two hybrid promoter constructs had similar effects on driving shRNA.

The cytomegalovirus promoter-driven short hairpin RNA constructs mediate effective RNA interference in zebrafish in vivo

The ability to utilize the RNA interference (RNAi) machinery for silencing target-gene expression has created a lot of excitement in the research community. In the present study, we used a cytomegalovirus (CMV) promoter-driven DNA template approach to induce short hairpin RNA (shRNA) triggered RNAi to block exogenous Enhanced Green Fluorescent Protein (EGFP) and endogenous No Tail (NTL) gene expressions. We constructed three plasmids, pCMV-EGFP-CMV-shGFP-SV40, pCMV-EGFP-CMV-shNTL-SV40, and pCMV-EGFP-CMV-shScrambled-SV40, each containing a CMV promoter driving an EGFP reporter cDNA and DNA coding for one shRNA under the control of another CMV promoter. The three shRNA-generating plasmids and pCMV-EGFP control plasmid were introduced into zebrafish embryos by microinjection. Samples were collected at 48 h after injection. Results were evaluated by phenotype observation and real-time fluorescent quantitative reverse-transcription polymerase chain reaction (Q-PCR). The shGFP-generating plasmid significantly inhibited the EGFP expression viewed under fluorescent microscope and reduced by 70.05 +/- 1.26% of exogenous EGFP gene mRNA levels compared with controls by Q-PCR. The shRNA targeting endogenous NTL gene resulted in obvious NTL phenotype of 30 +/- 4% and decreased the level of their corresponding mRNAs up to 54.52 +/- 2.05% compared with nontargeting control shRNA. These data proved the feasibility of the CMV promoter-driven shRNA expression technique to be used to inhibit exogenous and endogenous gene expressions in zebrafish in vivo.

Suppression of zebrafish VEGF gene by cytomegalovirus promoter-driven short hairpin constructs induces vascular development defects and down regulation NRP1 expression

The usage of RNA interference for gene knockdown in zebrafish through expression of the small interfering RNA mediators from DNA vectors has created a lot of excitement in the research community. In this work, the ability of human cytomegalovirus immediate early promoter (CMV promoter)-driven short hairpin RNA (shRNA) expression vector to induce shRNA against vascular endothelial growth factor (VEGF) gene in zebrafish was tested, and its effects on VEGF-mediated vasculogenesis and angiogenesis were evaluated. Altogether four vectors targeting various locations of VEGF gene were constructed, and pSI-V4 was proven to be the most effective one. Microinjection of pSI-V4 into the zebrafish embryos resulted in defective vascular formation and down regulation of VEGF expression. In situ hybridization analysis indicated that silencing VEGF gene expression by pSI-V4 resulted in down regulation of neuropilin-1 (NRP1), a potent VEGF receptor. Knockdown of VEGF expression by morpholino gave the same result. This provided evidence that the VEGF-mediated angiogenesis in zebrafish was in part dependent on NRP1 expression. The results contributed to a better understanding of molecular mechanisms of cardiovascular development and provided a potential promoter for making inducible knockdown in zebrafish.

VEGF gene silencing by cytomegalovirus promoter driven ShRNA expression vector results in vascular development defects in zebrafish

Zebrafish has been generally considered as an excellent model in case of drug screening, disease model establishment, and vertebrate embryonic development study. In this work, the ability of human cytomegalovirus immediate early promoter (CMV promoter)-driven short hairpin RNA (shRNA) expression vector to induce shRNA against VEGF gene in zebrafish was tested, and its effect on vascular development was assed, too. Using RT-qPCR, blood vessel staining, and in situ hybridization, we confirmed certain transcriptional activity and down regulation of gene expression by the vector. In situ hybridization analysis indicated selective inhibition of NRP1 expression in the VEGF gene loss of function model, which might imply in turn that VEGF could not only activate endothelial cells directly but also could contribute to stimulating angiogenesis in vivo by a mechanism that involved up-regulation of its cognate receptor expression in zebrafish. This contributed to a better understanding of molecular mechanisms of cardiovascular development. The system improved the success rate in making inducible knockdown and widened the possibilities for better therapeutic targets in zebrafish.

Aspects particuliers de l'immunologie des voies génitales.

SCOPUS: ar.j