Systembiologische Analysen zur Abschaltung der Wirtszelle bei Herpes simplex Virus 1 Infektion

• Antragsteller: Professor Dr. Lars Dölken
• Fachliche Zuordnung: Virologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 272269602

Herpes simplex Virus 1 (HSV-1) ist der Erreger des gewöhnlichen Lippenherpes, aber auch verantwortlich für lebensbedrohliche Infektion wie Enzephalitis, Pneumonien, Hepatitiden und generalisierte Hautinfektionen. HSV-1 ist ein Musterbeispiel für die Virus-induzierte Abschaltung der Wirtszelle auf RNA-Ebene. Dies wird durch zwei virale Proteine, das sogenannte Virus Host Shut-off Protein (vhs) sowie ICP27, verursacht. Wir haben zwei innovative Technologien, die 4sU-Markierung neusynthetisierter RNA sowie Ribosomen Profiling, eingesetzt, um globale Veränderungen in Transkription und RNA Prozessierung, sowie deren Auswirkungen auf die Translation im Verlauf der gesamten lytischen Infektion zu untersuchen. Hierbei haben wir die völlig unerwartete Beobachtung gemacht, dass HSV-1 die Termination der Transkription von zellulären, nicht aber von viralen Genen umfassend stört. Dies führt zu Transkription über Poly(A)-Sites hinweg, über zehntausende von Nukleotiden in weiter stromabwärts gelegene Gene. Transkription in andere Gene hinein erklärt dabei unsere überraschende Beobachtung, dass hunderte zellulärer Gene auf transkriptionaler, nicht aber auf translationaler Ebene durch HSV-1 induziert erschienen. Im Gegensatz zu früheren Studien konnten wir zeigen, dass HSV-1 Splicing nicht komplett inhibiert, sondern nur post-transkriptionaler nicht aber ko-transkriptionaler Splicevorgänge stört. Ein entsprechendes Manuskript befindet sich gerade in Revision bei Nature. Wir arbeiten derzeit an der Identifizierung des verantwortlichen viralen Gens. Wir wollen nun die Rolle von vhs, ICP27 und der Störung von Transkription Termination bei der HSV-1 induzierten Abschaltung der Wirtszelle näher untersuchen. Dies wird in drei Arbeitspaketen erfolgen: i) Wir werden co- bzw. post-transkriptionale RNA Prozessierung sowie RNA Export untersuchen, in dem wir subzelluläre RNA Fraktionen (gesamt RNA, zytoplasmatische, nukleäre und Chromatin-assoziierte RNA) auftrennen, sequenzieren und analysieren. ii) Wir werden ein detailliertes Bild der Interaktion zwischen Chromatinstatus, individuellen Nukleosomen, Änderungen in DNA-bindenden Proteinen und insbesondere der massiven Transkription von intergenischen Bereichen, zu der es im Zuge der lytischen HSV-1 Infektion kommt, mittels ATAC-seq (Assay for Transposase-Accessible Chromatin mittels Sequenzierung) erstellen. iii) Wir werden die Interaktion von ICP27 und vhs mit sowohl zellulären als auch viralen RNA Molekülen mittels PAR-CLIP (Photo-Activated Ribonucleotide-enhanced Cross-Linking ImmunoPrecipitation) auf Nukleotidebene erfassen. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden einen faszinierenden neuen Mechanismus, mit dem ein wichtiges humanpathogenes Virus seine Wirtszelle abschaltet, näher darstellen. Insbesondere werden wir HSV-1 als interessantes Model etablieren, um die Kopplung von RNA Synthese, Prozessierung und Export auf molekularer Ebene zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen