Funktionelle Analyse von komplexen Hepatitis-B-Virus-Varianten, assoziiert mit Leberzirrhose bei Immunsupprimierten

Dissertation

zur Erlangung des akademischen Grades
doctor rerum naturalium
(Dr. rer. nat.)
im Fach Biologie

eingereicht an der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
der Humboldt-Universität zu Berlin

Von
Diplom-Biologin Stefanie Märschenz
geboren am 27.12.1975 in Berlin

Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Dr. Christoph Markschies

Dekan: Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
Prof. Thomas Buckhout, PhD

Gutachter:
1. Prof. Dr. Detlev H. Krüger
2. Prof. Dr. Günther Schönrich
3. Prof. Dr. Wolfgang Jilg

Tag der mündlichen Prüfung: 10. August 2006

Abstract (deutsch)

Obwohl der Wildtyp des Hepatitis-B-Virus (HBV) nicht zytopathogen und die Pathogenese der Hepatitis B generell immunvermittelt ist, können in immunsupprimierten Nierentransplantatempfängern mit chronischer Hepatitis B schwere Leberschäden bis hin zu Leberzirrhose und Leberversagen entstehen. Die Entwicklung von Leberzirrhose in den Nierentransplantierten ist assoziiert mit der Akkumulation und Persistenz von komplexen HBV-Varianten mit Mutationen im Core-Promotor / X-Gen, Deletionen im Core (C)-Gen und teilweise zusätzlichen Deletionen im präS-Bereich. Dies lässt eine Rolle der Varianten in der speziellen Pathogenese bei Immunsupprimierten vermuten. In der vorliegenden Arbeit wurden funktionelle Analysen der komplexen Varianten im Vergleich zu Referenz-Wildtypgenomen und Wildtyp-ähnlichen Genomen der Patienten aus der frühen Infektionsphase durchgeführt, um Hinweise auf den potentiellen Beitrag der Varianten zur Pathogenese zu erlangen. Die Analysen erfolgten durch transiente Transfektion der humanen Hepatomazelllinie HuH7 mit repräsentativen HBV-Gesamtgenomen, die aus 2 Patienten während des Krankheitsverlaufs von einer asymptomatischen Infektion hin zur Leberzirrhose isoliert und kloniert worden waren. Trotz einiger Unterschiede im Detail wiesen die komplexen Varianten einen gemeinsamen, drastisch vom Wildtyp abweichenden Phänotyp auf. Dieser war gekennzeichnet durch eine veränderte Transkription mit reduzierten präC- und Oberflächen-mRNAs und verstärkter Expression der prägenomischen RNA, eine starke Reduktion des häufigsten Spleißprodukts der prägenomischen RNA, SP1, eine extrem reduzierte oder fehlende Expression und/oder Sekretion aller Oberflächenproteine und des HBeAg, ein verändertes intrazelluläres Verteilungsmuster des schwach exprimierten Core-Proteins und teilweise der Oberflächenproteine sowie eine erhöhte Replikation und Anreicherung gegenüber Wildtyp-HBV aufgrund einer verstärkten reversen Transkription der prägenomischen RNA. Dieser Phänotyp basierte zum Teil auf den Mutationen in Core-Promotor und C-Gen, wurde jedoch deutlich durch zusätzliche Mutationen in den übrigen Genomabschnitten beeinflusst. Die vielfältigen Veränderungen der Varianten unterstützen ihren vermuteten Beitrag zur Pathogenese.

Abstract (english)

Although wild-type hepatitis B virus is not cytopathogenic and the pathogenesis of hepatitis B is generally immune mediated, also immuno-suppressed patients, such as renal transplant recipients, with chronic hepatitis B may develop liver cirrhosis and end-stage liver disease. In renal transplant recipients, the development of liver cirrhosis is associated with the accumulation and persistence of complex HBV variants with mutations in core promoter / X gene, deletions in core (C) gene and sometimes additional deletions in the preS region. This suggests a role of these variants in the special pathogenesis in immuno-suppressed patients. In the present work, the complex variants were functionally analyzed in comparison to reference wild-type genomes and wild-type-like HBV genomes from the early asymptomatic phase of infection. For the analyses, representative cloned full-length HBV genomes isolated from 2 patients before and during liver cirrhosis were transiently transfected into the human hepatoma cell line HuH7. In spite of some variations, the complex variants showed a common phenotype, which was drastically altered compared to wild-type. It was characterized by reduced preC and surface mRNAs and increased expression of pregenomic RNA, by a strong reduction of the major spliced pregenomic RNA, SP1, by a partial or complete defect in expression and/or secretion of surface proteins and HBeAg, by an aberrant intracellular localization of the weakly expressed core protein and in some cases of the surface proteins, and by an enhanced replication and enrichment over wild-type HBV due to an enhanced reverse transcription of variant pregenomic RNA. The phenotypic alterations were often based on the mutations in core promoter and C gene but were considerably influenced by the additional mutations in other genomic regions. The multiple functional changes of the variants support their assumed contribution to pathogenesis.

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14.11.2006