Die Rolle der gO Genotypen in HCMV Mischinfektionen

Es gibt viele verschiedene humane Zytomegalievirus (HCMV) Stämme, die in der Bevölkerung zirkulieren. Diese unterscheiden sich durch heterogene Genomsequenzen, die eine bestimmte Anzahl an Genotypen aufweisen. Mischinfektionen mit mehreren HCMV Stämmen kommen häufig vor. Es ist jedoch weitgehend unklar, wie die genetisch unterschiedlichen HCMV Stämme in Mischinfektionen miteinander interagieren, und man weiß nichts über die Funktion der unterschiedlichen Genotypen bei der Dynamik der HCMV Infektion. Klinische Studien haben gezeigt, dass immunsupprimierte Patienten mit einer HCMV Mischinfektion eine höhere Viruslast im Blut über einen längeren Zeitraum aufweisen als Patienten, die eine HCMV Infektion mit einem Stamm durchmachen. Es scheint somit, daß durch die Interaktion der HCMV Stämme in einer Mischinfektion die Infektionsdynamik verändert wird. Im weiteren haben Studien im Mausmodell gezeigt, dass unterschiedliche Zytomegalievirus Stämme der Maus (MCMV) miteinander interagieren, was zu einer Veränderung der Virusfitness und der Infektionsdynamik führen kann. HCMV infiziert ein relativ breites Spektrum an Zielzellen in vivo, um die Verbreitung und lebenslange Persistenz von HCMV im menschlichen Wirt zu ermöglichen. Diesbezüglich ist das HCMV-spezifische Glykoprotein O (gO) von besonderem Interesse. Es spielt für den Zelltropismus eine wichtige Rolle, indem es auf den Einbau der beiden Glykoproteinkomplexe, gH/gL/gO und gH/gL/pUL128-131A, in die Virushülle regulierend einwirkt. Die relative Menge dieser Komplexe in der Virushülle wiederum bestimmt den Zelltropismus der jeweiligen Viruspartikel. Interessanterweise zeigt nur das gO Gen eine hohe Sequenzdiversität bei den verschiedenen HCMV Stämmen. Insgesamt sind 8 verschiedene gO Genotypen bekannt, die sich in ihrer Gensequenz klar voneinander unterscheiden. Diese HCMV gO Genotypen sind weitverbreitet und kommen häufig in Mischinfektionen vor. Wir nehmen an, daß sich die unterschiedlichen gO Genotypen sowohl einzeln als auch in Mischungen hinsichtlich ihrer Infektionseffizienz für verschiedene Zelltypen voneinander unterscheiden, was die Infektionsdynamik beeinflussen könnte. In diesem Projekt wollen wir nun die möglichen Unterschiede der gO Genotypen herausfinden. Zu diesem Zweck wollen wir eine Reihe von gO Genotyp Mutanten herstellen und diese in verschiedenen Zelltypen, die repräsentativ für die in vivo Infektion sind, phänotypisch charakterisieren. Im ersten Teil des geplanten Projektes wollen wir die gO Genotyp Mutanten mittels bacterial artifical chromosome (BAC) Technologie herstellen. Die gewählten Ausgangsstämme sind vBAC-gfp und vBAC-luc, da diese entweder das "green fluorescent protein" oder das "luciferase protein, als Indikator für die Infektionseffizienz exprimieren. Diese stammen vom TB40-BAC4 ab, ein HCMV Stamm, der die verschiedenen Zelltypen in vitro infizieren kann. Im zweiten Teil der Studie wollen wir unter Verwendung vier verschiedener Zelltypen die Phänotypen der gO Mutanten genau charakterisieren. Da HCMV vor allem bei kongenital infizierten Kindern und bei immunsupprimierten Personen schwere Erkrankungen hervorrufen kann, wollen wir mit diesem Projekt weitere Einblicke in das pathogene Potential von HCMV Mischinfektionen erhalten mit dem Ziel, dass diese Informationen für die Entwicklung neuer Therapieansätze gegen HCMV Infektionen genützt werden können.

Mehr als die Hälfte aller Erwachsenen weltweit ist mit dem humanen Zytomegalovirus (HCMV) infiziert, wobei die Infektion meist symptomlos verläuft. Personen, deren Immunssystem stark supprimiert ist, können jedoch schwer erkranken. Zudem kann eine HCMV Infektion während der Schwangerschaft das ungeborene Kind schädigen und von Hörverlust bis zu schwerer geistiger Behinderung führen.Eine Vielzahl unterschiedlicher HCMV Stämme zirkuliert in der menschlichen Bevölkerung, und einzelne Personen können mit mehr als einem HCMV Stamm infiziert werden. Dies kann entweder gleichzeitig oder auch schrittweise über die Zeit erfolgen. HCMV besitzt eine Lipid-Membran, in die verschiedene Glykoproteinkomplexe eingebettet sind. Einer davon ist der trimere Komplex, der aus den drei Glykoproteinen, gH, gL und gO besteht. Es wird angenommen, dass dieser trimere Komplex eine Schlüsselrolle dabei spielt, wie gut HCMV in verschiedene Zelltypen eindringen kann. Die verschiedenen HCMV Stämme unterscheiden sich in bestimmten Bereichen des Virusgenoms, unter anderem in ihrer gO Gensequenz. Man kennt 8 unterschiedliche gO Gensequenzen, die sogenannten gO Genotypen. Es ist jedoch noch nicht geklärt, ob diese gO Gendiversität Auswirkungen auf die Infektion und Vermehrung von HCMV hat.Im Rahmen dieses Projekts verwendeten wir HCMV Stämme, die sich nur in der gO Gensequenz voneinander unterscheiden. Damit untersuchten wir im Zellkulturmodell, wie effizient unterschiedliche menschliche Zelltypen von den jeweiligen HCMV Stämmen infiziert werden können, und wie einzelne Punktmutationen im gO Gen die Stabilität und die Bildung des trimeren Komplexes beeinträchtigen.In unserer Arbeit konnten wir zeigen, dass abhängig vom jeweiligen gO Genotyp signifikant mehr oder weniger viele Zellen infiziert werden und dementsprechend mehr oder weniger viele Virionen in den Zellkulturüberstand ausgeschieden werden. Interessanterweise war das Wachstumsverhalten der jeweiligen HCMV Stämme unabhängig davon, ob sie als Einzel- oder Mischinfektion eingesetzt wurden. Wir konnten auch nachweisen, dass sich die gO Genotypen strukturell unterscheiden, und wir gehen davon aus, dass dadurch auch die dreidimensionale Struktur des trimeren Proteinkomplexes verändert wird. Zusammenfassend weisen diese Ergebnisse daraufhin, dass durch die Diversität des gO Gens die Interaktion des Virus mit der Wirtszelle beeinflusst wird.Unsere Arbeiten leisten einen wichtigen Beitrag dazu, die Rolle der HCMV Stammdiversität bei der HCMV Infektion besser zu verstehen. Dieses Wissen wird bei der Entwicklung von neuen antiviralen Substanzen sehr wichtig sein.