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Einfluss des zellulären J-Domänen-Proteins Jiv auf die Replikation von Pestiviren

Müller, Alexandra


Originalveröffentlichung: (2005) Wettenberg : VVB Laufersweiler 2005
pdf-Format: Dokument 1.pdf (2.846 KB)

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Virologie
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 3-89687-291-5
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 12.12.2005
Erstellungsjahr: 2005
Publikationsdatum: 01.03.2006
Kurzfassung auf Deutsch: Nichtzytopathogene (nzp) BVDV-Stämme können nach diaplazentarer
Infektion von Rinderföten persistierende Infektionen hervorrufen; diese
gehen mit einer erworbenen Immuntoleranz gegen das infizierende Virus
einher. Durch Rekombination oder Mutation des viralen RNA-Genoms
können in diesen persistent infizierten Tieren zytopathogene (zp) Viren
entstehen, welche die tödliche Krankheit Mucosal Disease (MD)
auslösen. In infizierten Zellkulturen führen zp BVD-Viren zu deutlichen
morphologischen Veränderungen der Zellen, welche als zytopathischer
Effekt (ZPE) bezeichnet werden. Zp BVD-Viren bilden in infizierten
Zellen große Mengen des viralen Nichtstrukturproteins 3 (NS3) und
führen im Gegensatz zu ihren nzp Vorgängern zu einer verstärkten
Anhäufung viraler RNA in der Wirtszelle.


Diese Arbeit untersucht den Einfluss eines zellulären Proteins aus der
Familie der J-Domänen-Chaperone auf die Replikation von Pestiviren.
Dieses Protein interagiert mit dem viralen Nichtstrukturprotein 2 (NS2)
und wird daher als Jiv (J-domain protein interacting with viral protein)
bezeichnet. Im NS2 befindet sich eine Autoprotease, welche die NS2-3-
Spaltung vermittelt. Diese Protease unterliegt einer zeitlichen
Regulierung; in nzp BVDV-infizierten Zellen ist sie nur innerhalb der
ersten Stunden nach der Infektion aktiv. Wird das Jiv-Protein zusammen
mit NS2-3 exprimiert, führt es zur NS2-3-Spaltung und damit zur
Freisetzung von NS3. Einige zp BVDV-Stämme tragen Jiv-kodierende
Sequenzen im NS2-3-kodierenden Bereich ihres Genoms, was eine
zeitlich unbegrenzte NS2-3-Prozessierung, eine starke RNA-Replikation
und den zp Biotyp zur Folge hat.


Der zp BVDV-Stamm CP8, dessen Eigenschaften im ersten Teil dieser
Arbeit beschrieben werden, besitzt im Gegensatz zu den bisher
bekannten Stämmen mit Jiv-Insertionen einen unveränderten NS2-3-
Bereich. Im N-terminalen Bereich des Polyproteins dieses Stammes
befinden sich zwei Fragmente des zellulären Jiv innerhalb einer
komplexen Insertion zellulären und viralen Ursprungs. Infolgedessen
wird zusätzlich zu den „regulären“ pestiviralen Proteinen ein 513 AS
großes Jiv-Fusionsprotein exprimiert, welches aufgrund des enthaltenen
Jiv-Anteils die NS2-3-Spaltung in trans induzieren kann. Damit
unterscheidet sich BVDV CP8 von allen bisher bekannten zp BVDVStämmen
und stellt daher eine neue Variante innerhalb der vielen
verschiedenen Möglichkeiten von Genomveränderungen dar, die zur
Zytopathogenität führen.


Im zweiten Teil der Arbeit wird der Einfluss des zellulären Jiv-Spiegels
auf die Replikation von Pestiviren untersucht. Es stellte sich die Frage,
ob Jiv einen essentiellen Wirtsfaktor für die pestivirale Replikation
darstellt. Durch vergleichende Studien in Wildtyp-Wirtszellen und Jivüberexprimierenden
Zellen bzw. Jiv-'knockdown'-Zellen konnte gezeigt
werden, dass die Erhöhung bzw. die Verminderung der in der Wirtszelle
vorhandenen Jiv-Menge direkt mit der Replikationseffizienz von nzp
BVDV korreliert.


Jiv besitzt die Fähigkeit, über die Regulation der NS2-3-Prozessierung
die virale Replikation zu kontrollieren. An Gewebekulturzellen zeigte
sich, dass der intrazelluläre Jiv-Spiegel die Replikation von nzp BVDV
limitiert. Dieser hier nachgewiesene Kontrollmechanismus ist
entscheidend für den viralen Biotyp und daher für die Fähigkeit von nzp
BVDV, in seinem Wirt zu persistieren.
Kurzfassung auf Englisch: After diaplacentar transmission noncytopathogenic (noncp) BVDV strains
are able to cause persistent infections of calves. Viral persistence is
associated with a specific acquired immunotolerance concerning the
persisting virus. In the persistently infected animal the emergence of a
cytopathogenic (cp) virus from its noncp ancestor by recombination or
mutation of the viral RNA genome results in lethal Mucosal Disease. In
cell culture cp BVDV causes severe morphologic alterations of the
infected cells, which are referred to as cytopathic effect (CPE). Large
amounts of nonstructural protein 3 (NS3) are produced upon cp BVDV
infection leading to an enhanced accumulation of viral RNA when
compared to noncp BVDV infected cells.


This work analyses the influence of a cellular protein belonging to the
family J-domain chaperons on pestiviral replication. This protein interacts
with the viral NS2 and is therefore termed Jiv (J-domain protein
interacting with viral protein). In the NS2 protein an autoprotease resides
which mediates NS2-3 cleavage. This protease is temporally regulated;
in noncp BVDV infected cells its activity is restricted to the first hours
after infection. Coexpression of the Jiv protein and NS2-3 leads to NS2-3
cleavage and thereby to the release of NS3. Some cp BVDV strains
encompass Jiv-coding sequences in the NS2-3-coding region causing
temporally unlimited NS2-3 cleavage, high level RNA replication and the
cp biotype.


In the first part of this work the characteristics of the cp BVDV strain CP8
are described. This strain contains in contrast to all other known cp
BVDV strains a Jiv-insertion located apart from the NS2-3 region. The
insertion is located in the N-terminal region of the polyprotein and
includes two fragments of cellular Jiv in the context of a complex
insertion of cellular and viral origin. This results in the expression of a
Jiv-fusion protein with a length of 513 amino acids in addition to a regular
set of viral proteins. Due to its Jiv-portion the Jiv-fusion protein is capable
of inducing NS2-3 cleavage in trans. Thereby BVDV CP8 differs from all
other cp BVDV strains and represents a new type among the numerous
possible genomic variations leading to cytopathogenicity.

In the second part of this work the influence of the cellular Jiv level on
viral replication has been studied. The question arose whether Jiv may
be a host factor which is essential for pestiviral replication. Comparative
studies based on wildtype host cells, Jiv-overexpressing cells and Jivknockdown
cells demonstrated a direct correlation between the cellular
Jiv level and the replication efficiency of noncp BVDV.

Jiv has the ability to control viral replication by regulating NS2-3
processing. For tissue culture cells the limitation of noncp BVDV
replication by the intracellular Jiv level was demonstrated. This control
mechanism is crucial for the determination of the viral biotype and
thereby for the persistence of noncp BVDV in its host.