6. Zusammenfassung

Das humane Zytomegalievirus, ein DNA-Virus aus der Familie der Herpesviren, ist ein ubiquitäres Pathogen, welches akute und persistierende Infektionen verursacht. So sind weltweit ungefähr 60% der über 35jährigen HCMV-seropositiv, allerdings wird hier das Virus in aller Regel durch das Immunsystem kontrolliert und persistiert im latenten Zustand. Bei immunsupprimierten Patienten hingegen (z. B. Transplantationsempfängern, AIDS-Kranken, und Frühgeborenen) kann das Virus zu schweren Erkrankungen, wie Hepatitis, Pneumonie, Retinitis und bei kongenitaler Infektion außerdem zu Schädigungen des ZNS führen.

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Im Verlauf der letzten Jahre hat sich mehr und mehr herausgestellt, dass HCMV bei lytischer Infektion das Zellzyklusgeschehen der Wirtszelle tiefgreifend beeinflusst. Einerseits blockiert HCMV die Zellproliferation sehr effektiv durch einen Arrest am G1/S-Übergang des Zellzyklus, andererseits wird aber gleichzeitig die Expression S-Phase spezifischer Gene aktiviert.

Somit steht in den blockierten Zellen dem G1-DNA-Gehalt ein für die S-Phase spezifisches Expressionsmuster von Enzymen und Zellzyklusregulatoren gegenüber. Dieser scheinbar widersprüchliche Zellzyklus-Phänotyp infizierter Zelllen erklärt sich, zumindest teilweise, durch eine vom Virus vermittelte spezifische Inhibition der zellulären DNA-Repliaktion sowie durch eine massive Deregulation Zyklin-assozzierter Kinasen, die die Zellzyklusprogression steuern. Durch diese Regulationsschritte scheint sich das Virus der kompetitiven zellulären DNA-Replikation zu entledigen, aber gleichzeitig mit den notwendigen zellulären Replikationsfaktoren und Nukleotiden für die eigene DNA-Synthese zu versorgen.

Zellkulturexperimente deuten darauf hin, dass die Zellzyklusalterationen wichtige Voraussetzungen für eine erfolgreiche und effiziente Virusreplikation darstellen. Es ist hingegen nicht bekannt, welche Relevanz sie für die Virusvermehrung in vivo und das pathologische Erscheinungsbild von HCMV-Infektionen im erkrankten Organismus besitzen. Damit lässt sich zurzeit auch nicht abschätzen, ob sich die potentielle Abhängigkeit der Virusreplikation vom Zellzyklusverhalten infizierter Zellen als Basis zur Entwicklung neuer antiviraler Strategien eignen könnte.

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Dieser Fragenkomplex kann nur in einem Tiermodell sinnvoll angegangen werden. Aufgrund der ausgeprägten Wirtsspezifität der Zytomegalieviren, ist man bei der Erforschung der pathogenetischen Mechanismen dieses Virus im Tiermodell allerdings auf die Verwendung der jeweiligen artspezifischen CMV angewiesen. Murines CMV (MCMV) und Ratten-CMV (RCMV) sind dabei die bislang bestuntersuchtesten Systeme, jedoch liegen keinerlei Daten über mögliche Zellzyklusalterationen durch diese CMV-Spezies vor.

Das Anliegen dieser Arbeit war es deshalb zu prüfen, inwieweit die für HCMV beschriebenen Zellzyklusregulationen in etablierten Infektionsmodellen für MCMV und RCMV auf Zellkulturbasis konserviert sind, um damit eine grundlegende Basis für relevante Untersuchungen im Tiermodell zu schaffen.

Es konnte gezeigt werden, dass sowohl die beiden Stämme RCMV („Maastricht“ und „England“) als auch MCMV einen starken antiproliferativen Effekt auf infizierte Zellen besitzen und ebenso wie HCMV zu einem Zellzyklusarrest führen. Hervorzuheben ist dabei, dass zusätzlich zu dem G1-Arrest, Nager-Zytomegalieviren Zellen auch in der G2-Phase arretieren und in dieser Zellzyklusphase auch effizient replizieren können. Die Infektion mit Nager-Zytomegalieviren führt außerdem auf breiter Basis zur Veränderung Zyklin-assoziierter Kinaseaktivitäten. Die Zyklin D1-, E- und B1-assoziierte Kinaseaktivitäten sind ähnlich dem humanen Zytomegalievirus-System dereguliert, allerdings sind die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen zwischen den CMV-Systemen zum Teil unterschiedlich. Im Gegensatz zu HCMV wird durch die Infektion mit Nager-Zytomegalieviren die Zyklin A-assoziierte Kinaseaktivität hochreguliert.

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Allen Zytomegalieviren ist die Hemmung der zellulären DNA-Synthese am G1/S-Übergang gemein. Dabei erfolgt die Hemmung durch RCMV auf die gleiche Weise wie durch HCMV, in dem die Bindung des Präreplikationskomplexes an das Chromatin verhindert wird. Im Unterschied dazu inhibiert MCMV jedoch nicht die DNA-Bindung sondern vielmehr die Aktivierung des Präreplikationskomplexes nach erfolgter Assoziation mit der DNA. Dies geschieht durch die Inhibition der Phosphorylierung des essentiellen Replikationsfaktors MCM2, die im Übrigen auch in HCMV infizierten Zellen fehlt.

Durch diese vergleichende Studie wird einerseits deutlich, dass wesentliche funktionelle Schritte der Zellzyklusregulation zwischen den Zytomegalieviren konserviert sind, aber andererseits die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen zum Teil deutlich variieren.

Nach diesen Untersuchungen können nun weitere Studien initiiert werden, die die Frage nach der physiologischen Relevanz der Zellzyklusregulation in vivo, also im lebenden Organismus, adressieren. Dabei helfen die Erkenntnisse dieser Arbeit sich auf die Analyse solcher viraler Aktivitäten zu konzentrieren, die zwischen Nager- und Mensch-CMV konserviert und somit von potentieller humanpathologischer Relevanz sind.


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13.11.2006