Interferenz der viralen Effektorproteine pp71 und IE1 mit der intrinsischen und nativen Immunität gegen Cytomegalovirus-Infektionen

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Stamminger
• Fachliche Zuordnung: Virologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386120716

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Bei PML-NBs („nuclear bodies“) handelt es sich um subnukleäre Strukturen, die als SUMO-modifikationsabhängige Akkumulation einer hohen Zahl (>140) zellulärer Proteine definiert werden können. Das promyelozytäre Leukämieprotein PML gilt als essenzielle Komponente dieser Struktur, weitere wichtige Proteine sind das Autoantigen Sp100 sowie die chromatinmodulatorischen Proteine Daxx und ATRX. Wir konnten zeigen, dass PML-NBs sowohl als zell-intrinsische Barriere gegenüber viralen Infektionen dienen als auch die Interferonantwort koaktivieren. Während einer Infektion mit dem humanen Cytomegalovirus (HCMV) wird dies jedoch über die viralen Effektorproteine pp71 und IE1 antagonisiert. Im Rahmen dieses Projekts gelang es die Kristallstrukturen der IE1 Proteine des humanen sowie des Ratten-Cytomegalovirus aufzuklären. Trotz einer sehr limitierten Aminosäure-Sequenzidentität von ca. 9% wiesen die Proteine eine konservierte Faltung mit spezies-spezifischen Adaptationen auf. Neben einer Bindung von IE1 an PML-Proteine, die spezies-spezifisch stattfindet, konnte in diesem Projekt das Protein FEN-1 (FLAP endonuclease 1) als weiterer IE1 Interaktionspartner identifiziert werden. Eine nähere Charakterisierung dieser Interaktion führte zur Aufklärung eines neuartigen Mechanismus, über den ein virales Regulatorprotein FEN1 aktiviert, um Replikationsbarrieren zu überwinden. Eine weitere wichtige Erkenntnis des Projekts war, dass PML- NBs nicht nur virale Nukleinsäuren in reversibler Weise physikalisch einschließen und inaktivieren können, sondern dass dies auch für Proteinbestandteile wie z.B. virale Kapside der Fall ist. Dies konnte anhand der ultrastrukturellen Charakterisierung von vergrößerten PML-NBs gezeigt werden, die sich nach Infektion mit einem in ie1 deletierten HCMV ausbilden. Schließlich gelang uns eine weitere Aufklärung von Mechanismen, über die IE1 und pp71 die native Immunantwort hemmen: IE1 induziert die Citrullinierung von Interferon-regulierten Proteinen, die somit ihre antivirale Aktivität verlieren; das PML-NB Protein ATRX konnte als breit wirkender Koaktivator der nativen Immunität identifiziert werden, das in Gegenwart von Interferon die Chromatinstruktur distinkter Interferon-stimulierter Gene modifiziert. ATRX-Mutationen, die häufig in Tumoren gefunden werden, sowie die virale Antagonisierung von ATRX führen demgemäß beide zu einer Beeinträchtigung der nativen Immunantwort.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• A Virally Encoded DeSUMOylase Activity Is Required for Cytomegalovirus Reactivation from Latency. Cell Reports, 24(3), 594-606.
  Poole, Emma L.; Kew, Verity G.; Lau, Jonathan C.H.; Murray, Matthew J.; Stamminger, Thomas; Sinclair, John H. & Reeves, Matthew B.
  
• Centrosomal protein TRIM43 restricts herpesvirus infection by regulating nuclear lamina integrity. Nature Microbiology, 4(1), 164-176.
  Full, Florian; van Gent, Michiel; Sparrer, Konstantin M. J.; Chiang, Cindy; Zurenski, Matthew A.; Scherer, Myriam; Brockmeyer, Norbert H.; Heinzerling, Lucie; Stürzl, Michael; Korn, Klaus; Stamminger, Thomas; Ensser, Armin & Gack, Michaela U.
  
• Chromatin-Remodeling Factor SPOC1 Acts as a Cellular Restriction Factor against Human Cytomegalovirus by Repressing the Major Immediate Early Promoter. Journal of Virology, 92(14).
  Reichel, Anna; Stilp, Anne-Charlotte; Scherer, Myriam; Reuter, Nina; Lukassen, Sören; Kasmapour, Bahram; Schreiner, Sabrina; Cicin-Sain, Luka; Winterpacht, Andreas & Stamminger, Thomas
  
• A Noncanonical Function of Polycomb Repressive Complexes Promotes Human Cytomegalovirus Lytic DNA Replication and Serves as a Novel Cellular Target for Antiviral Intervention. Journal of Virology, 93(9).
  Svrlanska, Adriana; Reichel, Anna; Schilling, Eva-Maria; Scherer, Myriam; Stamminger, Thomas & Reuter, Nina
  
• Cytomegalovirus immediate-early 1 proteins form a structurally distinct protein class with adaptations determining cross-species barriers. PLOS Pathogens, 17(8), e1009863.
  Schweininger, Johannes; Scherer, Myriam; Rothemund, Franziska; Schilling, Eva-Maria; Wörz, Sonja; Stamminger, Thomas & Muller, Yves A.
  
• Functional regulation of the structure-specific endonuclease FEN1 by the human cytomegalovirus protein IE1 suggests a role for the re-initiation of stalled viral replication forks. PLOS Pathogens, 17(3), e1009460.
  Schilling, Eva-Maria; Scherer, Myriam; Rothemund, Franziska & Stamminger, Thomas
  
• Author response: Dual signaling via interferon and DNA damage response elicits entrapment by giant PML nuclear bodies. eLife Sciences Publications, Ltd.
  Scherer, Myriam; Read, Clarissa; Neusser, Gregor; Kranz, Christine; Kuderna, Anna K.; Müller, Regina; Full, Florian; Wörz, Sonja; Reichel, Anna; Schilling, Eva-Maria; Walther, Paul & Stamminger, Thomas
  
• The chromatin remodeling protein ATRX positively regulates IRF3-dependent type I interferon production and interferon-induced gene expression. PLOS Pathogens, 18(8), e1010748.
  Stilp, Anne-Charlotte; Scherer, Myriam; König, Patrick; Fürstberger, Axel; Kestler, Hans A. & Stamminger, Thomas