Das EBNA1-Protein des Epstein-Barr Virus: Genetische und funktionelle Analyse

Das Epstein-Barr Virus (EBV) infiziert primäre humane B-Zellen und kann deren unbegrenzte Proliferation induzieren. Dieser Prozess der Wachstumstransformation von B–Zellen ist ein Modellsystem, das die pathogenen Mechanismen bei der Tumorentstehung widerspiegelt. Das Epstein-Barr Virus nukleäre Antigen 1 (EBNA1) wurde als essentiell für den Prozess der Wachstumstransformation primärer humaner B-Lymphozyten beschrieben, weil es an der latenten Replikation über den viralen Replikations-Ursprung oriP, der extrachromosomalen Erhaltung des Virus-Episoms und der transkriptionellen Trans-aktivierung der latenten Gene beteiligt ist (Rickinson und Kieff, 2001). Dieses Postulat wurde nie experimentell untersucht, da die genetische Analyse mit den bisherigen Methoden nicht möglich war. Das Maxi-EBV-System macht das Genom von EBV einer genetischen Manipulation zugänglich und erlaubt auch die Herstellung von Viren, denen essentielle Gene fehlen (Delecluse et al., 1998). Ein Ziel meiner Doktorarbeit war die Herstellung und Analyse eines EBNA1-negativen Virus. Entgegen der Lehrmeinung war es mit EBNA1-negativem Maxi-EBV möglich, wachstums-transformierte Zellklone nach Infektion von primären humanen B-Lymphozyten zu etablieren. Das virale Genom war in sämtlichen erhaltenen lymphoblastoiden Zelllinien so integriert, dass alle untersuchten latenten EBV-Proteine exprimiert wurden. Meine Ergebnisse zeigen eindeutig, dass EBNA1 prinzipiell für die Wachstumstransformation entbehrlich ist. Mit EBNA1-positiven Viren werden die primären B-Zellen jedoch mindestens um den Faktor 10.000 besser wachstumstransformiert. Da EBNA1 den episomalen Status des Virusgenoms vermittelt, scheint die Etablierung des EBV-Genoms in infizierten Zellen der limitierende Schritt zu sein. Auch in vivo im SCID-Maus-Modell erwies sich EBNA1 als entbehrlich für die Tumorbildung, womit es nicht als essentielles Onkogen von EBV betrachtet werden kann. Ein weiterer im Rahmen dieser Doktorarbeit untersuchter Aspekt war die Frage, ob EBNA1 für die extrachromosomale Erhaltung und Replikation des EBV-Episoms durch heterologe Genprodukte ersetzt werden kann. Zu diesem Zweck wurden Fusionsproteine aus der DNA-Bindedomäne von EBNA1 mit den zellulären Proteinen Histon H1 bzw. HMG-I (Mitglied der hoch mobilen Protein-Gruppe) hergestellt. Ich konnte zeigen, dass HMG-I:EBNA1- und H1:EBNA1-Fusionsproteine in der Lage sind, kleine oriP-enthaltende Plasmide und Maxi-EBVs episomal zu erhalten und die zelluläre Replikations-Maschinerie zu rekrutieren. Zusätzlich dazu unterstützen die Fusionsproteine im EBNA1-negativen Maxi-EBV die Produktion infektiöser Viren. Für ein konditional regulierbares Vektorsystem wurden Fusionsproteine aus der EBNA1-Transaktivierungsdomäne und der DNA-Bindedomäne des Tet-Repressors (TetR) hergestellt. Diese Proteine sollten mit Tet-Operator-Sequenzen (TetO, TetR-Bindemotiv) interagieren, die multimerisiert auf oriP-basierte Vektoren kloniert wurden. Dadurch sollte die Erhaltung der oriP-basierten Vektoren in der Zelle konditional regulierbar gestaltet werden. Es gelang in dieser Doktorarbeit zum ersten Mal ein System zu etablieren, mit dem Plasmide episomal erhalten werden und bei Zugabe von Doxyzyklin konditional regulierbar verloren gehen. Dieses erstmals realisierte konditional regulierbare Vektorsystem schafft neue Wege, die virale und zelluläre Replikation genauer zu untersuchen. Außerdem öffnen sich Möglichkeiten für eine sicherere Gentherapie, da die viralen Anteile auf ein Minimum reduziert werden können. Mit einem solchen System könnten EBV-Genvektoren in B-Zellen eingeführt werden und nach Expression des auf dem Vektor kodierten, therapeutischen Gens könnte die Genfähre durch Tetrazyklin-Applikation wieder aus dem Patienten entfernt werden

CD8 T Cell Recognition of Endogenously Expressed Epstein-Barr Virus Nuclear Antigen 1

The Epstein-Barr virus (EBV) nuclear antigen (EBNA)1 contains a glycine-alanine repeat (GAr) domain that appears to protect the antigen from proteasomal breakdown and, as measured in cytotoxicity assays, from major histocompatibility complex (MHC) class I–restricted presentation to CD8+ T cells. This led to the concept of EBNA1 as an immunologically silent protein that although unique in being expressed in all EBV malignancies, could not be exploited as a CD8 target. Here, using CD8+ T cell clones to native EBNA1 epitopes upstream and downstream of the GAr domain and assaying recognition by interferon γ release, we show that the EBNA1 naturally expressed in EBV-transformed lymphoblastoid cell lines (LCLs) is in fact presented to CD8+ T cells via a proteasome/peptide transporter–dependent pathway. Furthermore, LCL recognition by such CD8+ T cells, although slightly lower than seen with paired lines expressing a GAr-deleted EBNA1 protein, leads to strong and specific inhibition of LCL outgrowth in vitro. Endogenously expressed EBNA1 is therefore accessible to the MHC class I pathway despite GAr-mediated stabilization of the mature protein. We infer that EBNA1-specific CD8+ T cells do play a role in control of EBV infection in vivo and might be exploitable in the control of EBV+ malignancies

doi:10.1093/nar/gkn273 Conditional gene vectors regulated in cis

Non-integrating gene vectors, which are stably and extrachromosomally maintained in transduced cells would be perfect tools to support long-term expression of therapeutic genes but preserve the genomic integrity of the cellular host. Small extrachromosomal plasmids share some of these ideal characteristics but are primarily based on virus blueprints. These plasmids are dependent on viral trans-acting factors but they can replicate their DNA molecules in synchrony with the chromosome of the cellular host and segregate to daughter cells in an autonomous fashion. On the basis of the concept of the latent origin of DNA replication of Epstein-Barr virus, oriP, we devised novel derivatives, which exclusively rely on an artificial replication factor for both nuclear retention and replication of plasmid DNA. In addition, an allosteric switch regulates the fate of the plasmid molecules, which are rapidly lost upon addition of doxycycline. Conditional maintenance of these novel plasmid vectors allows the reversible transfer of genetic information into target cells for the first time

Systematic Verification of Upstream Regulators of a Computable Cellular Proliferation Network Model on Non-Diseased Lung Cells Using a Dedicated Dataset

We recently constructed a computable cell proliferation network (CPN) model focused on lung tissue to unravel complex biological processes and their exposure-related perturbations from molecular profiling data. The CPN consists of edges and nodes representing upstream controllers of gene expression largely generated from transcriptomics datasets using Reverse Causal Reasoning (RCR). Here, we report an approach to biologically verify the correctness of upstream controller nodes using a specifically designed, independent lung cell proliferation dataset. Normal human bronchial epithelial cells were arrested at G1/S with a cell cycle inhibitor. Gene expression changes and cell proliferation were captured at different time points after release from inhibition. Gene set enrichment analysis demonstrated cell cycle response specificity via an overrepresentation of proliferation related gene sets. Coverage analysis of RCR-derived hypotheses returned statistical significance for cell cycle response specificity across the whole model as well as for the Growth Factor and Cell Cycle sub-network models

Heparan Sulfate Proteoglycan Binding Properties of Adeno-Associated Virus Retargeting Mutants and Consequences for Their In Vivo Tropism

Adeno-associated virus type 2 (AAV-2) targeting vectors have been generated by insertion of ligand peptides into the viral capsid at amino acid position 587. This procedure ablates binding of heparan sulfate proteoglycan (HSPG), AAV-2's primary receptor, in some but not all mutants. Using an AAV-2 display library, we investigated molecular mechanisms responsible for this phenotype, demonstrating that peptides containing a net negative charge are prone to confer an HSPG nonbinding phenotype. Interestingly, in vivo studies correlated the inability to bind to HSPG with liver and spleen detargeting in mice after systemic application, suggesting several strategies to improve efficiency of AAV-2 retargeting to alternative tissues