Untersuchung der Protein-Protein-Interaktion der Proteine

Untersuchung der
Protein-Protein-Interaktion der Proteine
ppUL35 und ppUL35A des humanen
Cytomegalievirus mit dem zellulären
Protein Sorting Nexin 5
Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades
der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
vorgelegt von
Gregor Maschkowitz
Kiel, 2013
Erster Gutachter : Prof. Dr. Helmut Fickenscher
Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Eric Beitz
Tag der mündlichen Prüfung: 2.12.2013
Zum Druck genehmigt: 2.12.2013
gez. Prof. Dr. Wolfgang J. Duschl, Dekan
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1 Zusammenfassung
Eine Infektion oder Reaktivierung des Humanen Cytomegalievirus (HCMV) in immunsupprimierten Patienten (HIV-Patienten, Organtransplantatempfänger) kann zu schweren
Erkrankungen sowie Organschädigungen oder Organabstoßung führen. Die Aufklärung
molekularer Prozesse während der Infektion ist entscheidend für das Verständnis viraler
Replikation sowie die Entwicklung antiviraler Interventionen. Während der späten Phase
der Infektion wird das Kapsid aus dem Zellkern zum viralen Assembly Center transportiert. Dort werden die vollständigen Viruspartikel aus Kapsiden, Tegumentproteinen und
viralen Hüllproteinen gebildet. Das Assembly Center besteht aus ringförmig angeordneten Vesikel, die aus dem Trans Golgi-Netzwerk und dem endosomalen Transportweg
stammen. Das HCMV-Gen UL35 kodiert für zwei Proteine, ppUL35 und seine kurze
Form ppUL35A, die neben einer transaktivierenden Funktion in der initialen Phase
wichtige Funktionen in der späten Phase bei der Bildung der Partikel erfüllen. In einem
Yeast-Two-Hybrid-Screen konnten mehrere zelluläre Interaktionspartner von ppUL35 identifiziert werden. Ziel dieser Arbeit war die Validierung und funktionelle Analyse einzelner
dieser Protein-Interaktionen, um daraus Erkenntnisse über die Rolle von ppUL35 bzw.
ppUL35A abzuleiten. Sorting Nexin 5 (SNX5), ein Bestandteil des Retromers und Teil
des retrograden Transportweges, konnte als Interaktor beider UL35-Proteine identifiziert
werden. Die transiente Expression von ppUL35 oder ppUL35A zeigte einen Einfluss
auf den endosomalen Weg, erkennbar an der Umverteilung des kationen-unabhängigen
Mannose-6-Phosphatrezeptors (CI-M6PR). Eine vergleichbare Umverteilung war für die
Depletion von endogenem SNX5 beschrieben worden, so dass eine hemmende Funktion
der UL35-Proteine angenommen wurde. Entsprechend führte die transiente Expression
von SNX5 in infizierten Zellen zu einem verringerten Virustiter. Mittels PentapeptidScanning-Mutagenese wurde eine SNX5-bindungsdefizente UL35-Mutante identifiziert,
die nach Transfektion keine CI-M6PR-Umverteilung bewirkte. Somit ist die Interaktion
der UL35-Proteine mit SNX5 ursächlich für die Störung der zellulären Transportprozesse.
Die Deletion bzw. Mutation von UL35 bzw. UL35A im HCMV-Genom führte zu einem
verringerten Virustiter und einer veränderten Lokalisation des Glykoproteins gpUL55(gB).
Dessen Reifungsprozess erfolgt, abweichend von anderen viralen Glykoproteinen, entlang
des sekretorischen und endsomalen Weges. Durch siRNA vermittelte Depletion von SNX5
konnten die Virusreplikation der UL35-Mutanten teilweise auf Wildtyp-Niveau angehoben
und die Lokalisation von gpUL55(gB) wiederhergestellt werden. Diese Arbeit zeigt, dass
ppUL35 und ppUL35A die Lokalisation des essentiellen gpUL55(gB) maßgeblich durch
die Regulation eines retrograden Transportweges bestimmen.
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2 Summary
An infection or reactivation of Human Cytomegalovirus (HCMV) in immunocompromised
individuals (HIV patients, organ transplant recipients) can lead to severe complications,
organ damage or transplant rejection. The elucidation of molecular processes during
infection is indispensable for our understanding of viral replication and the development
of antiviral intervention strategies. During the late phase of infection, the viral capsid
is transported out of the nucleus and is completed in the viral assembly center (AC)
with tegument proteins and envelope proteins. The assembly center consists of circular
rearranged vesicles from the trans golgi network and the endosomal pathway. The HCMV
gene UL35 encodes for two proteins, ppUL35 and its shorter form ppUL35A. In addition
to transactivation activity during the immediate early phase, UL35 fullfills an important
role during the maturation of the virus particle. Several cellular proteins were identified
as interaction partners of ppUL35 in a yeast two hybrid screen. The aim of this thesis was
the validation and functional analysis of some of these protein interactions to gain insights
into the role of ppUL35 and ppUL35A. Sorting Nexin 5 (SNX5), a component of the
retromer and part of the retrograde transport pathway, was identified as an interaction
partner of both UL35-proteins. Transient expression of ppUL35 and ppUL35A affected the
endosomal pathway, as evidenced by a redistribution of the cation independent mannose6-phosphate receptor (CI-M6PR). A comparable redistribution of CI-M6PR described
after depletion of SNX5 led to the assumption of an inhibitory role for the UL35 proteins.
Accordingly, the transient expression of SNX5 in infected cells resulted in a reduced virus
titer. Pentapeptide scanning mutagenesis generated a SNX5 binding deficient ppUL35
mutant, whose transfection did not induce a redistribution of CI-M6PR. Therefore, the
interaction of the UL35 proteins with SNX5 is the reason for the interference of the cellular
transport pathways. Deletion or mutation of UL35 or UL35A in the HCMV genome
led to a reduced virus titer and an altered localization of glycoprotein gpUL55(gB).
The maturation process of gpUL55(gB), which differs from other viral glycoproteins,
occurs along the secretory and endosomal transport pathways. RNAi induced depletion
of SNX5 was able to increase virus replication of UL35 mutants almost to wildtype
levels and to restore gpUL55(gB) localization. This thesis demonstrates that ppUL35 and
ppUL35A control the localization of the essential gpUL55 (gB) through the regulation of
a retrograde transport pathway.
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