Transaktivierung durch Polymavirus ST Antigen

Das Studium der RNA Tunorviren führte in den 70ger Jahren zur Entdeckung der Oncogene, deren Produkte Zellzyklus und Wachstum positiv regulieren und deren ungeregelte Expression zur Transformation von Zellen führen kann. Ein Jahrzehnt später führten Studien der DNA Tumorviren zur Entdeckung von Tumorsuppressoren, deren Aufgabe in einer negativen Kontrolle des Wachstums besteht. Mutationen in Tumorsuppressorgenen liegen häufig in Tumorzellen vor. DNA Tumorviren, infizieren zumeist differenzierte und daher im Wachstum angehaltene Zellen. Sie benötigen aber für die Replikation ihrer DNA zellulären Enzyme und Proteine, die nur in der S Phase des Zellzyklus vorhanden sind, in der Phase also, in der die DNA der Zelle repliziert wird. Um diesen Zustand zu erreichen, mußten sich in der Evolution der Viren Mechanismen ausbilden, welche die Wachstumsregulation der Wirtszellen stören. Dementsprechend tragen alle DNA Tumorviren die Information für Proteine, die mit zellulären Regulatoren des Wachstums interferieren und deren Funktion beeinträchtigen. Unter diesen zellulären Regulatoren finden sich Tumorsuppressor-proteine wie p53 (der Wächter des Genoms), das Retinoblastomprotein und andere. Im Falle des von unserer Gruppe studierten Mausvirus Polyoma sind es drei virale Proteine, die als kleines, mittleres und großes Tumorantigen (T Antigen) bezeichnet werden, die mit zellulären Regulationsprozessen interferieren. Wir haben uns vornehmlich mit der Analyse der Funktionen des kleinen und des großen T Antigens beschäftigt. Um die Wirkungsweise dieser viralen Proteine studieren zu können ohne die Wirtzelle durch Infektion mit einem Virus oder durch Transfektion zu stören, haben wir die Information für die Synthese dieser Proteine so in das Genom der Zellen stabil eingeführt, daß sie nur nach Zugabe eines Hormons aufgerufen wird. Solange das Hormon nicht dem Nährmedium zugeführt wird, entsteht kein virales Protein und die Zellen teilen sich entsprechend ihrem normalen Rhythmus und sie lassen sich durch Entzug des für das Wachstum notwendigen Kälberserum im Wachstum anhalten. Durch Hinzufügung des Hormons (eines Glukocorticoids) wird die Synthese des T Antigens induziert und Reaktionen der Zelle auf die Anwesenheit des viralen Proteins lassen sich studieren. So haben wir gefunden, daß das große T Antigen die Biosynthese der Enzyme für die DNA Replikation in arretierten Zellen anstellen kann und wir haben wichtige Informationen über den Mechanismus dieses Prozesses erarbeitet. Obwohl durch das große T Antigen die Enzyme der DNA Synthese induziert werden, sind die Zellen überraschenderweise nicht in die S Phase getrieben worden. Dies gelang nur wenn gleichzeitig das große und das kleine T Antigen in derselben Zelle produziert wurden. Welche Funktion trägt das kleine T Antigen hiezu bei? Wir fanden, daß dies die Induktion der Cycline E und A, wichtiger Regulatoren des Übergangs von der G1 in die S Phase, ist, und insbesondere die Aktivität der mit diesen Cyclinen gekoppelten Proteinkinasen betrifft. Obwohl beide T Antigene die Bildung dieser Cycline induzieren können, ist es das kleine T Antigen, das durch Zerstörung eines Hemmers der Proteinkinase diese aktiviert. In jüngster Zeit haben wir uns insbesondere mit der Frage beschäftigt, nach welchen Mechanismen die zwei T Antigene die Expression des wichtigen Zellzyklus-Regulators, Cyclin A, induzieren. Während solche Mechanismen für das große T Antigen von anderen Fällen (etwa der Induktion der DNA Synthese Enzyme) bekannt sind und ähnliche Reaktionen auch bei der Induktion von Cyclin A stattfinden, haben unsere Untersuchungen zu dem unerwarteten Ergebnis geführt, daß auch das kleine T Antigen ein sehr aktiver Aktivator des Cyclin A Gens ist. In vorliegenden Projekt geht es darum, aufzuklären, wie das kleine T Antigen die Expression von Genen aktivieren kann und welche weiteren, den Zellzyklus regulierende Gene durch das kleine T Antigen aktiviert werden. Die Ergebnisse dieser Studie helfen die Kontrolle von Genen, deren Produkte bei der Wachstumsregulation eine wichtige Rolle spielen, verstehen zu lernen.

In diesem Projekt wurde das Ausmaß der Deregulation der Genexpression durch eines der Tumorantigene, das sogenannte "kleine Tumorantigen" [ST Antigen]) des DNA Tumorvirus Polyoma untersucht. Es wurde gefunden, daß ST Antigen eine gewaltige Veränderung des Musters der Genexpression in Mausfibroblasten auslöst. Nicht nur wird die Expression von Genen angeschaltet, es werden auch viele Gene reprimiert. Die Ergebnisse dieser Studie sind im Zusammenhang mit der Auslösung von Tumoren durch Polyomavirus interessant. Polyomavirus gehört zur Gruppe der kleinen DNA Tumorviren, deren Replikation nur in sich teilenden Zellen stattfinden kann. Um dies sicherzustellen, codieren diese Viren für Proteine, welche die zelluläre Kontrolle von Wachstum und Zellzyklus beeinflussen. Diese viralen Proteine sind in der Lage, Zellen, die sich nicht teilen, in das Teilungsstadium zu überführen. Dies schafft allerdings nicht nur die Voraussetzung für die Virusvermehrung, sondern ist auch die Basis dafür, daß diese Viren die Entstehung von Tumoren auslösen können. Das Mausvirus Polyoma codiert für drei derartige Proteine, Tumorantigene genannt, die nach ihrer Größe als kleines, mittleres und großes Tumorantigen bezeichnet werden. In einer früheren Arbeit konnten wir zeigen, daß für eine Überführung von sich nicht teilenden Zellen in den Zellzyklus und in die Wachstumsphase, zwei Tumorantigene nötig sind, nämlich das kleine und das große T Antigen. Über die Wirkungsweise des großen T Antigens im Zusammenhang mit der Deregulation der Wachstumskonterolle der Wirtszelle ist schon relativ viel bekannt. Vom ST Antigen weiß man, daß es mit einem Enzym, welches die Dephosphorylierung von Proteinen katalysiert, der Proteinphosphatase 2A, interagiert und dieses Enzym in seiner Aktivität hemmt. Unter den Proteinen, deren Phosphorylierungsgrad durch ST Protein verändert wird, befinden sich solche, welche die Signale für das Wachstum der Zellen von der Zellmembran in den Kern steuern, aber auch solche, die direkt am Prozess der Expression bestimmter Gene beteiligt sind. In diesem Projekt haben wir gefunden, daß über 500 Gene in ihrer Expression durch das ST Antigen gestört sind. Etwa die Hälfte dieser Gene wird induziert, die andere Hälfte reprimiert. Unter den Genen deren Expression stimuliert wird finden sich erwartungsgemäß viele, die Zellen einen Wachstumsstimulus verleihen. Umgekehrt fanden wir, daß Gene, deren Produkte Zellen im Wachstum behindern, durch ST Antigen repremiert werden, was wiederum die Wachstumskapazität der Zellen erhöht. Die Ergebnisse dieses Projekts helfen, die Rolle dier Tumorantigene bei der durch Polyomavirus ausgelösten Tumorigenese besser zu verstehen.