Funktionelle Analyse der Induktion offenen Chromatins stromabwärts von Genen in der HSV-1-Infektion

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Lars Dölken; Professorin Dr. Caroline Friedel
• Fachliche Zuordnung: Virologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412048193

Herpes Simplex Virus 1 (HSV-1) ist der Erreger des weit verbreiteten Lippen-Herpes aber auch verantwortlich für schwere lebensbedrohliche Krankheiten wie Enzephalitis, Pneumonie, Hepatitis und generalisierte Hautinfektionen. Darüber hinaus zeigt HSV-1 beispielhaft, wie ein Virus auf RNA Ebene im Zuge der produktiven Infektion effizient und selektiv die Genexpression der Wirtszelle abschaltet. Kürzlich zeigten wir, dass HSV-1 selektiv die Termination der Transkription zellulärer Gene stört (engl. disruption of transcription termination (DoTT)). Dies führt zu extensiver Transkription weit über das Ende der betroffenen Gene hinaus (engl. read-through). In der Folge wurde ein ähnliches Phänomen auch bei zellulären Stressreaktionen sowie bei Tumoren beobachtet. Wir konnten jetzt zeigen, dass beide Phänomene eine sehr ähnliche Gruppe von Genen betreffen. Dabei werden die gebildeten Read-through-Transkripte nicht ins Zytoplasma exportiert, was substantiell zur Abschaltung der zellulären Genexpression beiträgt.Der vorliegende Antrag hat seinen Schwerpunkt auf der interessanten Beobachtung, dass HSV-1, aber nicht Salz- oder Hitze-Stress, zu einer massiven Öffnung des zellulären Chromatins unterhalb der von DoTT betroffenen Gene führt. Die hierbei entstehenden Regionen offenen Chromatins (engl. downstream open chromatin regions (dOCRs)) erstreckten sich häufig über Zehntausende von Nukleotiden und stimmten im Wesentlichen mit den Bereichen der Read-through-Transkription überein. In diesem Antrag wollen wir nun den molekularen Mechanismus, der zur Induktion von dOCRs führt, identifizieren und seine funktionelle Bedeutung für eine produktive HSV-1-Infektion bewerten. Unser Projekt kombiniert experimentelle und integrative bioinformatische Analysen. Dabei verfolgen wir die Hypothese, dass: (i) dOCRs bei HSV-1-Infektion durch eine Beeinträchtigung der Histon-Repositionierung nach Transkription in Genombereich außerhalb von Genen entstehen; (ii) die Freisetzung von Histonen während der dOCR-Bildung den von anderen Gruppen beobachteten Anstieg an freien nukleoplasmatischen Histonen erklärt; und (iii) die damit einhergehende erhöhte Histonmobilität die Chromatinisierung der replizierenden viralen DNA unterstützt. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden zeigen, wie ein wichtiger menschlicher Erreger die Transkriptionsmaschinerie manipuliert um die produktive virale Replikation zu fördern. Dabei etablieren wir ein faszinierendes neues Modell für die Erforschung der molekularen Mechanismen, die Genexpression und Chromatinarchitektur in menschlichen Zellen regulieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen