Frühe Determinanten von lytischer oder latenter Infektion mit DNA-Viren (eDEVILLI)

Latente Viren können in immungeschwächten Patienten reaktivieren und lebensgefährliche Erkrankungen verursachen. Das eDEVILLI Projekt dient zur Aufklärung der zellulären und systemischen Abwehr von Infektionen mit humanpathogenen DNA-Viren, die als inaktiviertes Chromatin in einem Reservoir von latent infizierten Zellen versteckt sein können (z.B. Cytomegaloviren und Epstein-Barr Virus). Die Forschungsergebnisse von eDEVILLI sind die Basis für neue Strategien lebensbedrohliche Konsequenzen von Virusreaktivierungen in der Humanmedizin zu kontrollieren. Neueste Daten weisen darauf hin, dass die Entscheidung zwischen latenter und produktiver Infektion auf der Einzelzellebene in der frühen Phase der Infektion fällt. Unsere Hypothese ist, dass dies durch das Zusammenwirken viraler Komponenten mit Wirtszell-intrinsischen und -extrinsischen Faktoren geschieht. Das Konsortium bedient sich innovativer interdisziplinärer Methoden, um die entscheidenden viralen Chromatin-Strukturen (ATAC-seq) und viralen Genom- bzw. Virion-assoziierten Proteine (EdU-CLAP kombiniert mit Massen-Spectrometrie) zu identifizieren. Bildgebende Verfahren mit höchst-auflösender Mikroskopie in lebenden Zellen wird verwendet, um einzelne Virus-Genome während des Infektionsvorgangs zu verfolgen. Mit Hilfe von gentechnisch modifizierte Mäusen werden die molekularen und zellulären Erkenntnisse im Gesamtorganismus überprüft. Das Verbundprojekt umfaßt fünf Forschergruppen aus Deutschland (Koordinator und eine Gruppe), Schweden, Frankreich und Österreich. Die Gruppen aus Deutschland, Schweden und Frankreich werden die Muster der viralen Chromatin-Organisation sowie die Zusammensetzungen der Proteine, die mit der Virus-DNA bzw. mit den Virus-Partikeln assoziiert sind, in Abhängigkeit von latenter oder produktiver Infektion bestimmen. Die österreichische Gruppe konzentriert sich auf die ex vivo und in vivo Validierung identifizierten Molekül(gruppen). Die Mausmodelle dienen zusätzlich der Erforschung der Mechanismen mit Hilfe derer extrazelluläre Signale die Inaktivierung der viralen Genome und die Etablierung einer latenten Infektion beeinflussen. Die österreichische Gruppe wird Expertise im Interferon- (IFN) System und der Transgenetik in das Konsortium einbringen. IFN sind Schlüsselkomponenten der angeborenen Immunantwort gegen Infektionen und verursachen die Inaktivierung oder Zerstörung viraler Genome. STAT1, mit den beiden Isoformen STAT1a and STAT1ß, ist der zentrale Transkriptionsfaktor, der IFN-abhängige transkriptionelle Programme treibt. Einerseits wird die Frage bearbeitet wie die STAT Isoformen die IFN Effekte hervorrufen, indem die Erkennung und Inaktivierung der frühen viralen DNA in humanen und murinen Zellkultursystemen untersucht wird. Mäuse, die nur STAT1a oder STAT1ß exprimieren und Mäuse, die STAT1 Zelltyp-spezifisch ausgeschaltet haben, werden verwendet, um die Wirkungen von STAT1 in vivo zu untersuchen. Andererseits werden IFN-induzierte Zellproteine, die mit der infizierenden Virus-DNA assoziieren, studiert. IFI16 wurde kürzlich als wichtiges Protein in der Erkennung und der Inaktivierung von unverpackter Virus-DNA identifiziert. Die Analyse der biologische Relevanz von IFI16 in der frühen Infektion und der Etablierung von latenter Infektionen wird durch die Generierung einer Knockout-Maus ermöglicht. Das eDEVILLI Konsortium verfügt über ein breites Spektrum an interdisziplinären Methoden und biologischen Systemen und gewährleistet einen raschen Technologie- und Wissenstransfer. Die identifizierten molekularen Mechanismen, die produktiver oder latenter Infektion mit DNA-Viren zugrunde liegen, sind die Basis für die Entwicklung therapeutischer Strategien, um die ernsthaften Folgen einer Virusreaktivierung verhindern zu können. 1

Das internationale Forschungsprojekt eDEVILLI, an dem sich Forschergruppen aus Deutschland, Österreich, Frankreich und Schweden beteiligen, hatte zum Ziel, die molekularen Mechanismen von Herpesvirus-Wirtszell-Interaktionen. Herpesvirus-Infektionen führen nicht in jedem Fall sofort zu Krankheitssymptomen, stattdessen können die Viren in den infizierten Zellen in einen Ruhezustand verfallen und später aktiviert werden und zu Krankheiten führen. Die Virus-Aktivierung erfolgt vor allem bei Patienten, deren Immunabwehr geschwächt ist (z.B. alters- oder schwangerschaftsbedingt) oder medikamentös unterdrückt wird (z.B. bei Autoimmunerkrankungen, Transplanationen, HIV- Infektionen) und kann dann lebensbedrohlich sein. Die zellulären Systeme und Protein- Interaktionen, die bei der Infektion und Reaktivierung von Herpesviren eine Rolle spielen, waren im Fokus des Verbundprojektes. Das österreichische Teilprojekt befasste mit dem Interferon- (IFN) System im ZusammenhangmitHerpesvirus-Infektion inMausmodellen.IFN sind Schlusselkomponenten der angeborenen Immunantwort gegen Infektionen und verursachen die Inaktivierung oder Zerstorung viraler Genome. STAT1 ist der zentrale Transkriptionsfaktor, der IFN-abhängige transkriptionelle Programme treibt. Es ist noch nicht vollständig geklärt, wie die IFN-Antwort in Herpesvirus-infizierten Zellen initiiert wird. Die PYHIN Protein-Familie erkennt fremde DNA und ist möglicherweise in die zelluläre Reaktion auf Herpesvirus-Infektion zentral involviert. Mit Hilfe komplexer genetischer Mausmodelle wurde STAT1 Signalübertragung in myeloiden Zellen als wichtiger Kontrollmechanismus für Herpesvirusverbreitung identifiziert. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass STAT1 in myeloiden Zellen massgeblich die extramedulläre Virus- oder Stress-induzierte Hämatopoese (EMH) treibt. Die Ergebnisse identifizieren STAT1 als mögliches therapeutisches Ziel bei Infektions- oder Stress-bedingten Insuffizienzen der Blutbildung. Die langjährige Expertise der Gruppe in Transgenetik wurde genutzt, um ein Mausmodell von Mnda, einem Mitglied der PYHIN Familie, zu generieren. Die Mnda-defizienten Mäuse werden in weiterführenden Projekten genutzt, um die zell- spezifischen molekularen Maschinen der Virus-Erkennung aufzuklären.