Forschungsbericht - Medizinische Hochschule Hannover

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LABORATORIUMSMEDIZIN
Abteilung Virologie
Direktor: Prof. Dr. Thomas F. Schulz
Forschungsprofil
Thematische Schwerpunkte des Instituts für Virologie sind die Untersuchung der Mechanismen des Zelleintritts und der Latenz großer DNA-Viren (Herpes- und Adenoviren) sowie der
Pathogenese dieser Viren; weiterhin besteht ein Interesse an der Familie der Enteroviren.
Infektionen mit Herpes- und Adenoviren stellen ein großes, teilweise sogar lebensbedrohliches Risiko für immunsupprimierte Patienten dar. Diese Patientengruppe wird aufgrund der
führenden Rolle der MHH in der Transplantationsmedizin zunehmend größer und bedarf
einer adäquaten virologischen Diagnostik und begleitenden Forschung.
Das Institut verfügt zur Zeit über vier Arbeitsgruppen, die von Prof. Dr. med. Thomas
F. Schulz (Kaposi Sarcoma Herpesvirus/humanes Herpesvirus 8), Prof. Dr. rer. nat. Martin
Messerle (Cytomegalovirus), HD Dr. rer. nat. Beate Sodeik (Herpes simplex-Virus) und PD
Dr. med. Albert Heim (Adenoviren, Enteroviren) geleitet werden.
Von den in 2005 am Institut tätigen vier Forschungsgruppen verfügen drei über substantielle, begutachtete Drittmittel (DFG, Land Niedersachsen, Wilhelm-Sander-Stiftung, DAAD).
Wir sind an einem der an der MHH angesiedelten DFG-Sonderforschungsbereiche (SFB 566;
„Zytokin-Rezeptoren und Zytokin-abhängige Signalwege als therapeutische Zielstrukturen“)
beteiligt und ab 01/2006 wird die Arbeitsgruppe von Prof. Messerle den SFB 587 („Immunreaktion der Lunge bei Infektion und Allergie“) mit einem Projekt verstärken. Weiterhin
nehmen wir an drei nationalen Schwerpunktprogrammen der DFG („Molekulare Motoren“,
„Infektionen des Endothels“ und „Dynamics of cellular membranes and their exploitation by
viruses“), dem DFG Graduiertenkolleg 745 („Mukosale Erreger-Wirtsinteraktionen“) und dem
vom Land Niedersachsen geförderten Graduiertenkolleg „Infektionsbiologie“ teil. Alle vier
Arbeitsgruppen der Abteilung leisten einen Beitrag zum PhD-Lehrprogramm des „Zentrums
für Infektionsbiologie“, das von der MHH, der TiHo, der Universität Hannover und der GBF
in Braunschweig getragen wird.
Das Institut verfügt über besondere Expertise in der molekularen Virologie (T.F. Schulz,
M. Messerle), der Zellbiologie von DNA-Viren (B. Sodeik) und der molekularen Diagnostik von
Virusinfektionen (A. Heim). Die internationale Anerkennung der Gruppenleiter wird durch
die Herausgeberschaften internationaler Fachzeitschriften (J. General Virology, T.F. Schulz;
Cellular Microbiology, B. Sodeik; J. Med. Microbiology, A. Heim) sowie der Beteiligung an der
Organisation internationaler Kongresse (AIDS Malignancy Conference, Intl. KSHV Workshop,
T.F. Schulz) unterstrichen. Im März 2005 hat die Abteilung die Jahrestagung der Gesellschaft
für Virologie an der MHH ausgerichtet. Mit über 800 Teilnehmern war der Kongress ein
großer Erfolg und fand bei den deutschen Virologen hohe Anerkennung.
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Forschungsprojekte
Interaktion von Cytomegalovirus mit der Funktion dendritischer Zellen: Charakterisierung
der verantwortlichen viralen Gene
In vielen Transplantationszentren gehört die Infektion mit dem Cytomegalovirus (CMV)
immer noch zu einer der häufigsten opportunistischen Infektionen von Patienten nach Organtransplantation. Dank verbesserter Diagnostik und antiviraler Therapie konnte die Mortalität
bei einer CMV-Erkrankung zwar deutlich gesenkt werden, der erhöhte Therapieaufwand
erhöht die Kosten einer Organtransplantation jedoch um 40 – 50% und eine einmal manifestierte interstitielle Pneumonie ist nach wie vor nur schwer zu therapieren und verläuft auch
heute noch oft fatal. Zudem bleibt die chronische CMV-Infektion ein klinisches Problem, da
sie als eine der Ursachen für den Funktionsverlust bzw. die Abstoßung von transplantierten
Abb. 1: Expression der Proteine MHC II, CD86, CD80, CD40 und CD54 auf der Oberfläche MCMV-infizierter DC (grüne
Kurve) und nicht-infizierter DC (schwarze Kurve) der gleichen Kultur 40 h nach Infektion im Vergleich zu DC einer mockinfizierten Kultur (grau unterlegte Kurve).
Organen gilt. Nach allogener Knochenmarktransplantation stellt die CMV-Infektion ebenfalls
einen bedeutenden Risikofaktor für die Transplantat-Abstoßung sowie für die chronische Graftversus-Host-Erkrankung dar. In Individuen mit intaktem Immunsystem führt die CMV-Infektion zu einer transienten Immunsuppression und in bereits immungeschwächten Patienten
kann CMV den Grad der Immunsuppression noch weiter erhöhen. Die Beobachtung, dass
CMV dendritische Zellen infizieren und in ihrer Funktion beeinträchtigen kann, könnte die
immunsupprimierende Wirkung von CMV erklären. Da dendritische Zellen (DC) über eine
Schlüsselfunktion bei der Initiation der primären Immunantwort verfügen, wird vermutet,
dass CMV diese Zellen beeinflusst, um die antivirale Immunantwort zu blockieren oder
zumindest zu verzögern und damit letztlich eine persistente Infektion zu ermöglichen.
Wir interessieren uns für die viralen Faktoren, welche die Funktionen der DC beeinträchtigen. Diese Untersuchungen führen wir am murinen Modell der CMV-Infektion mit dem
murinen Cytomegalovirus (MCMV) durch, da sich die die biologische Bedeutung der Gene des
humanen CMV, die dendritische Zellen beeinflussen, aufgrund der strikten Spezies-Spezifität
von HCMV in vivo experimentell nicht prüfen lässt. Viele grundlegende Aspekte der Pathogenese der CMV-Infektion wurden mit Hilfe von MCMV analysiert und die Erkenntnisse über
die immunmodulierenden Funktionen von MCMV und deren biologische Relevanz haben
einen hohen prädiktiven Wert für die Funktion analoger HCMV-Gene.
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Das murine CMV kann sowohl unreife als auch reife DC infizieren, wobei die Infektion
in unreifen DC produktiv verläuft, während aus reifen DC keine Nachkommenviren freigesetzt werden. In der späten Phase der MCMV-Infektion in reifen DC beobachteten wir eine
starke Verminderung der Oberflächen-Expression von MHC Klasse I und II-Molekülen, der
ko-stimulatorischen Proteine CD80, CD86 und CD40 sowie von Adhäsionsproteinen wie
CD54 (Abb.1).
Die Fähigkeit der DC, autologe T-Zellen zu stimulieren, ging verloren. Interessanterweise
konnten MCMV-infizierte DC bereits in der frühen Infektionsphase allogene T-Zellen nicht
mehr zur Proliferation anregen, eine wichtige Beobachtung und mögliche Erklärung für
das Risiko einer CMV-Erkrankung bei Patienten nach allogener Organtransplantation. Die
starke Veränderung in der Expression der Proteine auf der Oberfläche der DC wurde nur in
infizierten Zellen, jedoch nicht in nicht-infizierten Zellen der gleichen Kulturen beobachtet.
Abb. 2: Genetische Strategie
zur Identifizierung viraler Gene
(forward genetics).
Daraus folgerten wir, dass diese Effekte intrazellulär durch virale Proteine verursacht werden
und nicht durch eventuell freigesetzte Zytokine bedingt sind.
Für die Identifizierung von CMV-Genen, die für bestimmte virale Funktionen verantwortlich sind, haben wir in den letzten Jahren die technischen Voraussetzungen geschaffen,
indem wir die CMV-Genome als Bacterial Artificial Chromosome (BAC) in E.coli kloniert
und Mutagenese-Methoden etabliert haben, welche die Herstellung jeder gewünschten Virusmutante erlauben. Von besonderer Bedeutung ist die Möglichkeit, vollständige Bibliotheken
von Virusmutanten herzustellen, eine Sammlung von Viren, die mindestens eine Mutante zu
jedem viralen Gen umfasst. Durch Screening der Mutanten auf den Ausfall einer spezifischen
Funktion (loss of function) können wir das virale Gen finden, das für die entsprechende
Funktion kodiert (Abb. 2).
Relativ schnell haben wir eine MCMV-Mutante mit einer großen Deletion gefunden, die
nicht mehr in der Lage ist, die Expression von CD86 bzw. von CD40 auf antigen-präsentierenden Zellen zu beeinflussen. Durch Herstellung und Prüfung von MCMV-Mutanten mit
kleineren Deletionen bzw. Knock-outs einzelner Gene konnten wir zunächst die Zahl der
Kandidatengene weiter einengen und schließlich die viralen Gene identifizieren, die für die
Beeinflussung von CD86 bzw. CD40 auf der Oberfläche antigen-präsentierender Zellen verantwortlich sind. Das eine Gen, modB7-2, kodiert für ein Typ III-Transmembranprotein und das
andere Gen für ein Typ I-Transmembranprotein. Im Mittelpunkt der gegenwärtigen Arbeiten
stehen die Charakterisierung dieser viralen Proteine und die Untersuchung ihres Wirkungs-
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mechanismus. Dazu werden wir die viralen Gene mit Hilfe von retroviralen Vektoren einzeln
in dendritischen Zellen exprimieren, um festzustellen, ob sie ihre Funktion alleine oder nur
im Zusammenwirken mit anderen CMV-Proteinen ausüben können. Weiterhin werden wir
ihre subzelluläre Lokalisation und die Interaktion mit ihren Zielproteinen analysieren. Unter
Verwendung von Inhibitoren intrazellulärer Transportwege bzw. Enzyme konnten wir bereits feststellen, dass intakte Proteasomen für die viral-induzierte Internalisierung von CD86
benötigt werden. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Jonjic (Medizinische
Fakultät Rijeka, Kroatien) haben wir begonnen, die Eigenschaften der entsprechenden MCMVMutanten in vivo zu charakterisieren, um die biologischen Bedeutung der viralen Gene bei
der Modulation der DC-Funktionen zu bestimmen.
Die Kenntnis der Pathogenese-Mechanismen von CMV und die Aufklärung der Prinzipien
der viralen Immunmodulation können neue Perspektiven für die Entwicklung einer CMVVakzine und von antiviraler Therapien eröffnen.
Projektleiter: Penelope Kay-Jackson, Lars Steinbrück, Andrea Loewendorf, Eva Borst, Martin
Messerle; Förderung: DFG-Einzelverfahren; ME1102/2-1.
Weitere Forschungsprojekte
Die Funktion des latenten Membranproteins (TMP/K15) des Kaposi’s Sarkoma Herpesvirus
Projektleiter: Prof. T.F. Schulz (M. Brinkmann, M. Pietrek, L. Wang); Förderung: DFG;
SFB 566 TP B11, DAAD
Die Infektion endothelialer Zellen mit dem humanen Herpesvirus 8 (KSHV/HHV8):
Mechanismen der Persistenz, Replikation und abnormaler Differenzierung
Projektleiter: Prof. T.F. Schulz (M. Ottinger, D. Pliquet, K. Alkharsah); Förderung: DFG;
Schu 1436/2-1, 2-2 im Rahmen des DFG Schwerpunktprogramm SP 1130 ‚Infektionen des
Endothels’, DAAD
Mechanismen der Interaktion des latenten nukleären Antigens (‚LANA’) des Kaposi
Sarkoma Herpesvirus mit nukleärem Heterochromatin
Projektleiter: Prof. T.F. Schulz (E. Brüning); Förderung: Landesgraduiertenkolleg Infektionsbiologie
Die Rolle intrazellulärer Signalwege bei der Reaktivierung des KSHV/HHV8 aus der
Latenz
Projektleiter: Prof. T.F. Schulz (S. Hartmann); Förderung: DFG GK 745
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Risikofaktoren für die Übertragung von KSHV/HHV8 auf Kleinkinder im ländlichen
Südafrika
Projektleiter: Prof. T.F. Schulz (K. Alkharsah, M. Dedicoat); Förderung: DAAD
Die Rolle des Humanen Herpesvirus 8 in der Pathogenese der Primären Pulmonalen
Hypertonie
Projektleiter: Dr. med. C. Henke-Gendo; Förderung: Private Stiftung
Analyse des bidirektionalen Mikrotubuli-Transportes von Herpes-Simplex-Virus in
lebenden Zellen und die Rolle des potentiellen viralen Dynein-Rezeptors VP26
Projektleiterin: H.Doz. PD Dr. rer. nat. B. Sodeik (K. Döhner); Förderung: DFG Sod403/1,
Einzelverfahren
Biochemische Charakterisierung des Mikrotubuli-vermittelten Kapsidtransportes von
Herpes-Simplex-Virus und die Funktion der inneren Tegumentproteine
Projektleiterin: H.Doz. PD Dr. rer. nat. B. Sodeik (K. Radtke; A. Wolfstein); Förderung:
DFG Sod403/2, SPP Molekulare Motoren; MHH – Zentrum für Infektionsforschung
Klonierung eines bakteriellen, artifiziellen Chromosoms zur Analyse der Zellbiologie
von Herpes-Simplex-Virus
Projektleiterin: H.Doz. PD Dr. rer. nat. B. Sodeik (C.-N. Nagel, M. Fathollahy, E. Borst, M.
Messerle); Förderung: DFG Sod403/2; SPP Molekulare Motoren;
Die Freisetzung des Genoms von Herpes-Simplex-Virus an der Kernpore
Projektleiterin: H.Doz. PD Dr. rer. nat. B. Sodeik (K. Rode); Förderung: DFG-GK745, DAAD,
Kollaboration mit der University of Helsinki, Finnland.
Identifizierung zellulärer Kinasen als potentielle Zielstrukturen für eine anti-virale
Therapie von Herpes-Simplex-Virus-Infektionen
Projektleiterin: H.Doz. PD Dr. rer. nat. B. Sodeik (K. Theusner, U. Prank); Förderung:
MHH - Zentrum für Infektionsforschung
Die Rolle des viralen Kinesin-Rezeptors US11 für die Freisetzung von Herpes-SimplexVirus aus infizierten Neuronen
Projektleiterin: H.Doz. PD Dr. rer. nat. B. Sodeik (J. Janus, K. Döhner); Förderung: MHH
– Zentrum für Infektionsforschung.
Charakterisierung des großen Tegumentproteins VP1-3 von Herpes-Simplex-Virus
Projektleiterin: H.Doz. PD Dr. rer. nat. B. Sodeik (J. Schipke, C.-H. Nagel); Förderung:
Volkswagenstiftung, Kollaboration mit der Technion University, Israel.
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Entwicklung neuer onkolytischer Herpes simplex-Viren und Biolumineszenz-basierte
Prüfung für die Therapie von malignen Gliomen
Projektleiter: Prof. Dr. M. Messerle (N. Müther); Förderung: Wilhelm-Sander-Stiftung;
2004.075.1
Virale Faktoren für den Epithelzell-Tropismus von Cytomegalievirus
Projektleiter: Prof. Dr. M. Messerle (S. Sengstake); Förderung: DFG; Graduiertenkolleg 745
Characterization of the essential cytomegalovirus protein pUL77 as basis for the
development of new antivirals and of a replication-deficient CMV DISC-vaccine
Projektleiter: Prof. Dr. M. Messerle (M. Glaß); Förderung: Zentrum für Infektionsbiologie
(ZIB), Wilhelm-Hirte-Stiftung
Modulation der Induktion der zellulären Genexpression von Coxsackievirus B3 durch
Cytokin-Antagonisten
Projektleiter: PD. Dr. med. A. Heim (F. Rehren, B. Eckhardt)
Molekulare Evolution der antigenen Determinanten 
Adenoviren
und 
der humanen
Projektleiter: PD. Dr. med. A. Heim (I. Madisch)
Ein „Hexon-Loop 2“-Sequenz basiertes Typisierungssystem für human Adenoviren
Projektleiter: PD. Dr. med. A. Heim (I. Madisch, H. Pommer, G. Harste)
Molekulare Epidemiologie und Charakterisierung von europäischen Adenovirus Typ
31 Isolaten von immunsupprimierten Patienten
Projektleiter: PD. Dr. med. A. Heim (S. Hofmayer, I. Madisch, G. Harste)
Molekulare Typisierung von klinischen Herpes simplex-Virusisolaten
Projektleiterin: Dr. med. I. Engelmann
Originalpublikationen
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Abstracts
2005 wurden insgesamt 34 Abstracts publiziert.
Promotionen
Ekaterina Goldmann (Dr. med.) und Murat
Bastürk (Dr. med.) (gemeinschaftlich): Risikofaktoren der HBV-assoziierten Leberzirrhopse bei herztransplantierten Patienten.
Emrah Kati (Dr. med.): Characterization
and Functional Comparison of the LatencyAssociated Nuclear Antigen-1 (LANA-1) of
Kaposi´s Sarcoma-Associated Herpesvirus
(KSHV) and its Homologues in other Rhadinoviruses.
MHH Forschungsbericht 2005
LABORATORIUMSMEDIZIN
Andrea Loewendorf (Dr. rer. nat.; Halle (Saale)): Identifizierung und Charakterisierung
immunmodulatorischer Gene des Maus-Cytomegalievirus.
Matthias Ottinger (PhD, TiHo, PhD Programm): Functional characterisation of
γ 2- herpesviral orf73 proteins and their
interaction with the cellular proteins brd2
and brd4.
Ralf Richtsteiger (Dr. med.): Quantitative
Multiplex Real-Time PCR for the Sensitive
Detection of Interferon-ß Gene Induction
and Viral Suppression of Interferon-ß Gene
Expression.
Diplome
Björn Breyer (Diplom Biologie, Universität
Hannover): Charakterisierung des 5´ untranslatierten Bereiches des K15-Gens des
Kaposi Sarkom-assoziierten Herpesvirus.
Thomas Christalla (Diplom Biologie, Universität Hannover): Etablierung eines ELISA zur
Messung der Interaktion von γ-herpesviralen
orf73 Proteinen mit rekombinanten BRD4/
HUNK Proteinvarianten.
Bernhard Ellinger (Diplom Biochemie;
Universität Halle (Saale)): Untersuchungen
zur Protein-Protein-Interaktion immunmodulatorischer Proteine des murinen Cytomegalovirus.
Mandy Glaß (Diplom Biochemie, Universität
Halle (Saale)): Untersuchungen zur Eignung
zellulärer Promotoren für die Entwicklung
onkolytischer HSV-Vektoren.
Jessica Janus (Diplom Biologie, Universität
Hannover): Bidirektionaler MikrotubuliTransport während des Zelleintritts von
MHH Forschungsbericht 2005
Herpes-Simplex-Virus Typ1: Die Rolle von
US11 und Kinesinen.
Camilla Krause (Diplom Biologie, Universität Hannover): Die Kartierung von Zielstellen
Ring3-abhängiger Phosphorylierung.
Marcel Pietrek (Diplom Biologie, Universität Hannover): Die Auswirkung des viralen
Membranproteins K15 des Kaposi Sarkom-assoziierten Herpesvirus (KSHV) auf zelluläre
Genexpression.
Daniel Pliquet (Diplom Biochemie, Universität Hannover): Strukturelle Untersuchungen
am Protein des offenen Leserahmens 73 des
murinen Gammaherpesvirus 68.
Fabienne Rehren (Diplom Biochemie, Universität Hannover): Induktion der zellulären
Genexpression durch Coxsackievirus B3.
Julia Schipke (Diplom Biologie, Universität
Hannover): Charakterisierung von C-terminalen Deletionsmutanten des großen
Tegumentproteins VP1-3 von Herpes-Simplex-Virus Typ 1.
Wissenschaftspreise
Matthias Ottinger: Domagk Preis für Biowissenschaften der Tiermedizinischen
Hochschule Hannover.
Weitere Tätigkeiten in der Forschung
T.F. Schulz: Mitglied im Ausschuss für Angelegenheiten der Sonderforschungsbereiche
der DFG; Mitglied im Bewilligungsausschuss
der Sonderforschungsbereiche der DFG;
Mitglied des Editorial Board von J. Gen.
Virol.; Gutachter für diverse virologische
Fachzeitschriften.
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B. Sodeik: Vorstandsmitglied im DFG-GK745
und Mitglied der MHH-Kommission für das
MD/PhD-Programm „Molecular Medicine“
; Mitglied im Editorial Board der Zeitschrift
Cellular Microbiology; Fachgutachterin der
DFG für Einzelverfahren und des Wellcome
Trusts (England); Gutachterin für die Fachzeitschriften Cell. Microbiol., J. Cell Biol., J.
Cell Sci., J. Gen. Virol., J. Proteomics Res.,
J. Virol., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Science,
Traffic.
M. Messerle: Adhoc-Gutachter der DFG für
Einzelverfahren. Gutachter für die Fachjournale J. Virol., J. Gen. Virol. und Arch. Virol.
A. Heim: Mitglied im Editorial Board von J.
Med. Microbiology.
670
MHH Forschungsbericht 2005
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