Die Integration fremder DNA in ein Wirtszellgenom ist ein häufiges Ereignis in der Natur, kann aber auch künstlich herbei geführt werden.
Etwa 45% des menschlichen Genoms bestehen aus fremder DNA. Die Integration von Fremd- DNA kann sich dabei funktionell sowohl auf das Wirtsgenom wie auch auf das Transgenom auswirken. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde daher der Einfluss der Integration von Fremd- DNA in ein menschliches Wirtsgenom untersucht. Als Modell wurden Einzelzellklone der Tumorzelllinie HCT- 116 mit stabil integriertem Plasmid zunächst auf Veränderungen im DNA- Methylierungsmuster der endogenen Retroviren HERV- K und HERV- W sowie des Retrotransposons LINE 1 im Vergleich zu nicht transfizierten HCT- 116 Zellen untersucht. Da bei den drei ausgewählten Retroelementen keine signifikanten Veränderungen im DNA- Methylierungsmuster im Vergleich zu Einzelzellklonen ohne Integrat beobachtet wurden, sind vertiefende GeneChip®Expressions Analysen durchgeführt worden. Die Transkriptionsaktivität der nicht transgenen wurde mit den transgenen Zellen verglichen. Bei 144 der 28.829 analysierten Genomabschnitte konnte eine Überexpression und bei weiteren 198 eine deutlich verminderte Genexpression beobachtet werden. Die Expressionsanalyse von fünf nicht transgenen Einzelzellklonen zeigte, dass die beobachteten Veränderungen in der Transkriptionsaktivität nicht auf der biologischen Variabilität der Kontrollen zurückzuführen sind. Die Integration von Fremd- DNA führte in den transgenen Zellen zu einem veränderten Expressionsmuster.
Integrierte virale DNA wird oftmals de novo methyliert um eine transkriptionelle Stilllegung des Integrats und eine damit verbundene Stabilisierung des Wirtszellgenoms zu erreichen.
Im zweiten Teil der Arbeit wurden Periphere Blutmonozyten (PBMC) HIV- 1 infizierter Probanden daraufhin untersucht, ob ein Zusammenhang im DNA- Methylierungsmuster von HIV- 1 proviralen Genomen und der Progression der HIV- 1 Erkrankung zu AIDS besteht. Hierfür wurden PBMCs von HIV- 1 infizierten Probanden mit unterschiedlichem Krankheitsverlauf (long term nonprogressors, Elite- Controllers, chronisch mit HIV- 1 infizierte Probanden und an AIDS erkrankte Patienten) mittels Bisulfit- Sequenzierung genomischer DNA auf Veränderungen im Methylierungsstatus untersucht. In den proviralen Genomen wurden die 5´LTR und 3´LTR- Regionen sowie Teilbereichen in den viralen Genen von gag, env, nef, rev und tat analysiert.
Bei 19 von 20 untersuchten Probanden wurden nur vollständig nicht methylierte CpG- Dinukleotide beobachtet. Lediglich bei einer Probandin aus der Gruppe der long term nonprogressors, variierte der CpG- Methylierungstatus zwischen 0 und 75% in einem Zeitraum von 11 Jahren nach der Infektion. Eine Korrelation zwischen Viruslast und den zeitweisen Schwankungen im Methylierungsstatus des proviralen Genoms konnte nicht beobachtet werden.
Bei der Sequenzanalyse der Bisulfit- behandelten DNA aus den Patienten fiel auf, dass bestimmte CpG- Folgen an spezifischen Stellen im proviralen Genom immer wieder mutiert waren. Auch der Sequenzvergleich mit 12 zufällig ausgewählten proviralen HIV- 1 Sequenzen aus der Los Alamos HIV- 1 Sequenzdatenbank zeigten Mutationen an denselben Stellen. Die beobachteten Mutationen könnten auf Schwachstellen im proviralen Genom hinweisen, die das Überleben des Virus im Wirtsgenom sichern.
Das hauptsächliche Vorkommen nicht methylierter CpG- Folgen im proviralen HIV- 1 Genom, lässt darauf schließen, dass es andere nicht epigenetische Mechanismen zum Erhalt der Latenz des HIV- 1 Provirus im zellulären Genom geben muss
