Neue Wechselwirkungen bei der Transaktivierung durch Py-LT

Bestimmte Viren, deren genetische Information in Form doppelsträngiger, meist zirkulär geschlossener DNA, vorliegt und für nur wenige Proteine codiert, hängen in hohem Maße von Funktionen der Wirtszelle für ihre Replikation ab. Da solche Viren darüberhinaus oftmals differenzierte und somit sich nicht teilende Zellen infizieren, die vom Virus benötigten Funktionen aber voraussetzen, daß die Zellen sich teilen, tragen diese Viren die Information für Proteine, die Wirtszellen in das Wachstum treiben. Diese viralen Funktionen sind es aber auch, die zu ungeregeltem Wachstum und in manchen Fällen zur Entstehung von Tumoren führen können. Solche Viren werden daher als DNA Tumorviren bezeichnet. Zu ihnen gehören Adenoviren, Simian Virus 40 (SV40) Polyomaviren und Papillomviren. Letztere sind für die Ausbildung von Warzen, (benignen Hyperplasien) verantwortlich, sind aber beim Menschen auch für die Entstgehung von Tumoren (insbesondere im Genitalbereich, z.B. das Cervixcarcinom) verantwortlich. Auch humane Polyomaviren und SV40 (ein Affenvirus) sind noch nicht mit Sicherheit als Verursacher von malignen Erkrankungen ausgeschlossen. Jene viralen Proteine, die für die Einleitung des Wachstums der Wirtszelle verantwortlich sind, stehen daher seit längerer Zeit im Mittelpunkt des Forschungsinteresses. Mit ihrer Hilfe wurden wichtige zelluläre Regulatoren entdeckt. Dazu gehören das als "Wächter des Genoms" bezeichnete p53 Protein, und das bei malignen Retinoblastomen veränderte und damit inaktive Retinoblastomprotein. Unsere Arbeitsgruppe ist seit vielen Jahren an der Aufklärung jener Mechanismen interessiert, nach denen das Polyomavirus der Maus im Wachstum angehaltene Zellen aus dem Ruhezustand in jenen des Wachstums überführt. Wir fanden, daß ein wesentlicher Schritt dabei, die Einleitung der DNA Verdoppelung, die Aktivität zweier viraler Proteine benötigt, die als großes (LT) und kleines (ST) Tumorantigen bezeichnet werden. Dabei ist LT wesentlich für die Aktivierung der Biosanthese von Enzymen für die DNA Synthese, sowie wichtiger Regulatoren, der Cycline E und A, verantwortlich, während ST eine Stimulierung der Cyclin-abhängige Proteinkinase-Aktivität verursacht. Während ST seine Wirkung wesentlich dadurch entfaltet, daß es mit einer zellulären Phosphatase interagiert und diese in ihrer Wirkung stört, beeinflußt LT primär die Tumorsuppressor-Aktivität des Retinoblastomproteins. Die dafür notwendigen Bindungsstellen für zelluläre Proteine sind am Aminoende des viralen Proteins lokalisiert. Wir fanden nun in jüngster Zeit, daß darüberhinaus aber auch noch bestimmte Bereiche am Carboxylende von LT essentiell sind. Dieser Teil des viralen Proteins wurde bislang im Wesentlichen im Zusammenhang mit dessen Fähigkeit, die Replikation des Virusgenoms zu steuern gesehen, nicht jedoch mit der Aktivierung zellulärer Gene. Da diese neueren Ergebnisse unsere Kenntnisse über die Wachstumsregulation der Wirtszelle und deren Beeinflussung durch DNA Tumorviren in unerwarteter Weise erweitern, wollen wir mit diesem Forschungsprojekt versuchen die Rolle, die das Carboxylende von LT dabei spielt aufzuklären.

Polyomaviridae sind DNA Tumorviren die sich in verschiedenen Organismen vermehren können. Die wichtigsten Vertreter dieser Virusgruppe sind die humanen Viren JV and BK, das Afenvirus Simian Virus 40 und das Mausvirus Polyoma. Diese Viren sind in ihrer Struktur sehr ähnlich, alle codieren für zwei Proteine, die für die Virusvermehrung essentiell sind. Wichtig ist ihre Fähigkeit mit der zellulären Kontrolle von Wachstum und Zellvermehrung zu interferieren. Eines dieser viralen Proteine, das sogenannte große Tumorantigen (LT) hat ein wichtiges Tumorsuppressor Protein als Ziel des Angriffs, das Retinoblastomprotein. Eine Inaktivierung dieses Proteins durch Mutation kann zur Ausbildung von Tumoren (Retinoblastomen) in Kindern führen. Durch die Bindung an LT wird dieses Protein ebenfalls inaktiviert was als primärer Mechanismus der Aktivierung der Genexpression durch LT angesehen wird. Wir haben in dieser Arbeit eine deutliche Änderung des bislang gängigen Modells der Wirkung von LT bewirkt, indem wir fanden, daß LT, neben seiner Wechselwirkung mit dem Tumorsuppressor auch mit einem sogenannten transcriptionellen Co-aktivator interagieren muß. Dieser Co- aktivator hat die enzymatische Aktivität einer Histon-Acetyltransferase (HAT). Histone sind jene nuclearen Proteine, die zusammen mit DNA das Chromatin des Zellkerns aufbauen. Dieses wirkt mehr oder weniger hemmend auf die Genexpression. Durch die Modifikation der Histone wird deren hemmende Wirkung auf die Expression von Genen beeinflusst. Dies spielt ganz offensichtlich auch bei der Aktivierung der Genexpression durch LT eine Rolle. Wir fanden, dass ohne die Bindung von HAT Komplexen an LT keine Genaktivierung stattfindet, obwohl der Tumorsuppressor inaktiviert wird. Somit besteht diese Genaktivierung in folgenden Schritten: der Bindung von LT an den Tumorsuppressor an der Startstelle für die Expression eines Gens, gefolgt von einer Modifikation des Chromatins durch den von LT mitgebrachten HAT Komplex und einer Inaktivierung des Tumorsuppressors. Es ist dies der erste Bericht über die Fähigkeit viraler Proteine eine Modifikation der Chromatinstrukur hervorzurufen. Angesichts der Tatsache, dass eine mögliche Beteiligung der humanen Polyomaviren JC und BK, die in der Population weit verbeitet sind, an der Entstehung von Tumoren seit vielen Jahren diskutiert wird (allerdings ist diese Beteiligung bisher nicht zweifelsfrei bewiesen), ist die Entdeckung, dass LT Proteine auch die Struktur von Chromatin beeinflussen von großem Interesse.