Wirt-Virus Wechselwirkungen bei der Infektion durch Acanthocystis turfacea Chlorella Virus 1 : Regulation der Genexpression früher Gene und des Ubiquitin-Systems

Abstract

Acanthocystis turfacea Chlorella Virus 1 (ATCV-1) is a virus of the genus Chloroviruses that infects the unicellular green alga Chlorella heliozoae. The infection with ATCV-1 is lethal for the algae and requires the correct expression of the 860 hypothetical virus genes. These genes are divided into early, early/late and late genes which are expressed at different times, depending on their protein function. Gene expression is regulated by their corresponding viral promoters and can be controlled by viral or host-specific transcription factors. The stability of proteins is regulated by the host’s ubiquitin system. This study investigated the expression of early viral genes and the ubiquitin- mediated protein degradation regulated by ATCV-1. By investigating the promoters of the early genes of ATCV-1 Z174L, Z765R and Z798L respectively, consensus sequences were identified including a Hex motif and a TATA box that can be bound by viral, but most importanly, host transcription factors. By in vivo interactions with G-box binding factors, a direct regulation of the early promoters, including aforementioned Hex motif, could be demonstrated. Along with this new regulatory mechanism for the expression of early viral genes, evidence for additional mechanisms for the regulation of early genes with different consensus sequences, such as AATGACA, were found. In the second part of this study, three novel viral proteins were identified as proteins of the ubiquitin system: a viral ubiquitin (Z203L), a viral RING E3 ligase (Z292L) and a viral SKP1 protein (Z339L). Experiments have shown that ATCV-1 is able to interfere with the host’s ubiquitin system using these proteins. Although the E3 ligases are responsible for the specific ubiquitination of the target proteins (e.g. Z292L in the case of enolase), the additional expression of a viral ubiquitin ensures a sufficient amount of the signal protein is present. The results of this study demonstrate a wide range of host-virus interactions at the level of gene regulation and protein degradation. ATCV-1 can use host factors to initiate its own gene expression and, with the help of the components of the ubiquitin system encoded in the viral genome, reprogram the host’s protein degradation.

Acanthocystis turfacea Chlorella Virus 1 (ATCV-1) ist ein Virus der Gattung Chloroviren, das die einzellige Grünalge Chlorella heliozoae infiziert. Die Infektion mit ATCV-1 verläuft tödlich für die Algenzelle und basiert auf der korrekten Expression der 860 hypothetischen Virusgene. Diese Gene werden in frühe, früh/späte und späte Gene unterteilt und werden je nach deren Proteinfunktion zu unterschiedlichen Zeitpunkten exprimiert. Die Genexpression wird von den entsprechenden viralen Promotoren reguliert und kann von viralen oder wirtseigenen Transkriptionsfaktoren beeinflusst werden. Die Stabilität aller Proteine wird von dem Ubiquitin-System des Wirtes reguliert. In dieser Studie wurde die Expression der frühen viralen Gene und des durch ATCV-1 regulierten Ubiquitin-vermittelten Proteinabbaus untersucht. Durch die Untersuchungen der Promotoren der frühen Gene von ATCV-1 (Z174L, Z765R, Z798L) wurden Consensus-Sequenzen identifiziert (u. a. Hex- Motiv und TATA-Box), die von viralen, aber vor allem von Transkriptionsfaktoren des Wirtes, gebunden werden können. Eine direkte Regulation der frühen Promotoren mit Hex-Motiv wurde durch die in vivo Interaktionen mit G-Box bindenden Faktoren bestätigt. Neben diesem neuen Regulationsmechanismus zur Expression früher viraler Gene wurden Hinweise auf weitere Mechanismen zur Regulation früher Gene mit anderen Consensus-Sequenzen (AATGACA) gefunden. Im zweiten Teil dieser Studie konnten drei virale Proteine als Proteine des Ubiquitin-Systems identifiziert werden: ein virales Ubiquitin (Z203L), eine virale RING E3-Ligase (Z292L) und ein virales SKP1-Protein (Z339L). Mit Hilfe dieser Proteine ist ATCV-1 in der Lage, in das Ubiquitin-System des Wirtes einzugreifen. Während die E3-Ligasen für die spezifische Ubiquitinierung der Zielproteine (z. B. Z292L bei Enolase) verantwortlich sind, sorgt die zusätzliche Expression eines viralen Ubiquitins für eine ausreichende Menge an Signalprotein. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen ein breites Spektrum an Wirt-Virus Wechselwirkungen auf der Ebene der Genregulation und beim Proteinabbau. ATCV-1 kann die Wirtsfaktoren zur Einleitung seiner Genexpression nutzen und mithilfe der im viralen Genom enthaltenen Komponenten des Ubiquitin- Systems, den Proteinabbau des Wirtes umprogrammieren