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INHIBITION OF NON-PRIMATE LENTIVIRUSES BY APOBEC3 CYTIDINE DEAMINASE

Zielonka, Jörg :
INHIBITION OF NON-PRIMATE LENTIVIRUSES BY APOBEC3 CYTIDINE DEAMINASE.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2011)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: INHIBITION OF NON-PRIMATE LENTIVIRUSES BY APOBEC3 CYTIDINE DEAMINASE
Language: English
Abstract:

APOBEC3 (apolipoprotein B mRNA editing catalytic polypeptide 3 [A3]) proteins are an element of the intrinsic immunity of modern mammalia against retroviruses. The evolution of the A3 genes is characterized by an adaptive selection and a taxon-specific expansion and/or extinction. All A3 genes consist either of one zinc (Z)-coordinating domain (Z1, Z2 or Z3) or two Z-domains (Z2-Z1, Z2-Z2, Z2-Z3). While humans carry seven A3 genes, Equus caballus carries six and Felis catus four A3 genes. The genome of Equus caballus carries two Z1, two Z2-Z2, one Z2 and one Z3 A3 gene. Some of the equine A3 are able to restrict the Equine infectious anaemia virus (EIAV). Equine macrophages, which are the natural target cells for EIAV, express only a limited repertoire of the A3 genes. In addition, the transcriptional level of the anti-EIAV A3 mRNAs was significantly lower in macrophages than in equine peripheral blood mononuclear cells. Equine A3 proteins hyper-mutated EIAV genomes supporting their predicted function. In contrast to all other extant lentiviruses, EIAV does not encode a vif gene. Other EIAV-specific genes as dUTPase and S2, whose relevance for the viral replication in previous studies was only insufficiently characterized, did not influence the inhibitory effect of the equine A3 proteins. Thus, EIAV does not have an antagonist against its species-own A3 proteins. These findings indicate that lentiviral replication can occur independent from a vif gene, which likely developed later in the evolution of the lentiviruses. Felis catus and of other Felidae encode A3 genes of the type Z2 and Z3. Beside one-domain molecules, also two-domain encoding read-through transcripts with two Vif interaction sites were detectable, that restricted different feline retroviruses. FIV (Feline immunodeficiency virus) encodes a Vif protein that counteracts the inhibitory effect of the feline A3 proteins. Despite a high genetic diversity in felid A3 genes, no strong resistance could be shown against the neutralizing activity of Vif of the domestic cat FIV. Non-feline A3 proteins restricted FIV independently of Vif, which proves that the interaction between A3 and Vif proteins is species-specific and thus limits interspecies virus transmission. Species-specificity was also demonstrated for the interaction of feline A3 and the Vif protein of HIV-1. Feline cells that expressed human entry receptors were permissive for the transduction with a HIV-1 reporter virus but the virus was not able to spread in these cells. HIV replication in feline cells is strongly inhibited by the feline A3 proteins. In order to overcome this restriction, the vif gene of HIV-1 was replaced by vifFIV. This chimeric HIV-1 showed spreading replication in feline cells expressing human receptors. Altogether, these findings implicate the importance of a novel animal model for HIV-1 based on Felis catus.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
APOBEC3 (apolipoprotein B mRNA-editing catalytic polypeptide 3 [A3]) Proteine sind ein Element der intrinsischen Immunität heutiger Mammalia gegenüber Retroviren. Die Evolution der A3 Gene zeichnet sich durch eine adaptive Selektion und eine taxonspezifische Expansion bzw. Extinktion aus. Alle A3 Gene bestehen entweder aus einer Zink (Z)-koordinierenden Domäne (Z1, Z2 oder Z3) oder zwei Z-Domänen (Z2-Z1, Z2-Z2, Z2-Z3). Während bei den Hominoidea sieben A3 Gene identifiziert werden konnten, waren es bei Equus caballus sechs und bei Felis catus vier. Im Genom von Equus caballus konnten zwei Z1, drei Z2 und ein Z3 A3 Gen detektiert werden. Einige der equinen A3 Proteine sind in der Lage Equine Infectious Anemia Virus (EIAV) zu restringieren. Equine Makrophagen, die dem equinen Lentivirus EIAV als natürliche Zielzellen dienen, exprimieren nur ein limitiertes Repertoire an A3 Genen. Das Transkriptionslevel der antiviralen A3 mRNA war in den Makrophagen signifikant kleiner als in den analysierten Peripheral Blood Mononuclear Cells. In ihrer Funktion als Cytosin Deaminasen verursachen equine A3 Proteine hypermutierte EIAV-Genome. Im Unterschied zu allen anderen existierenden Lentiviren ist das Vif Protein nicht im EIAV-Genom kodiert. Andere EIAVspezifische Gene wie dUTPASE und S2, deren Bedeutung für die Virusreplikation in vorhergehenden Studien nur unzureichend nachgewiesen werden konnten, zeigten keinen Einfluss auf den inhibitorischen Effekt der equinen A3 Proteine. Somit fehlt EIAV ein Antagonist, der aktiv der A3 Restriktion entgegenwirkt. Dies deutet daraufhin, dass lentivirale Replikation unabhängig von einem vif Gen, das erst später in der Evolution der Lentiviren entstanden ist, erfolgen kann. Im Felis catus Genom und anderen Vertretern der Felidae wurden ausschließlich A3 Gene der Nomenklatur Z2 und Z3 detektiert. Neben Ein-Domänen-Molekülen wurden auch durchlesetranskript-kodierte Proteine mit zwei Vif- Interaktionsseiten nachgewiesen, die das Potential besitzen, unterschiedliche feline Retroviren zu inhibieren. FIV (Feline Immunodeficiency Virus) kodiert für ein Vif Protein, dass der antiviralen Wirkung der felinen A3 Proteine entgegenwirkt. Trotz der gewichtigen genetischen Diversität der A3 Gene innerhalb der Felidae konnte keine Resistenz gegen die neutralisierende Aktivität des Vif Proteins gezeigt werden. Nicht-felide A3 Proteine restringieren FIV unabhängig von Vif, was beweist, dass die Interaktion zwischen A3 und Vif Proteinen spezies-spezifisch ist und dadurch eine interspezifische Virustransmission limitiert wird. Die Spezies-Spezifität wurde ebenfalls für die Interaktion der felinen A3 Proteine mit dem Vif Protein von HIV-1 nachgewiesen. Feline Zellen, die humane Rezeptoren exprimieren, waren für die Transduktion mit einem HIV-1 Reportervirus permissiv, jedoch war das Virus nicht in der Lage, in diesen Zellen zu replizieren. Dieser zytoplasmatische Block lässt sich auf einen starken inhibitorischen Effekt der A3 Proteine zurückführen. Um diese Restriktion zu umgehen, wurde das vif Gen von HIV-1 durch vifFIV ausgetauscht. Das chimäre HIV-1 zeigte eine sich ausbreitende Replikation in felinen Zellen, die humane Rezeptoren exprimieren. Diese Ergebnisse sind von besonderer Bedeutung für ein auf Felis catus basierendes Tiermodell für HIV.German
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: Biology
Date Deposited: 09 Feb 2011 07:50
Last Modified: 07 Dec 2012 11:59
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-24214
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Göringer, Prof. Dr. H. Ulrich and Thiel, Prof. Dr. Gerhard
Refereed: 18 January 2011
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2421
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