Disease/Infection NewsMedical Research NewsMedical Science NewsNews

Die Histon-Mimikry durch das SARS-CoV-2-Protein stört die epigenetische Regulation von Wirtszellen

In einer aktuellen Studie veröffentlicht in NaturForscher zeigten, dass ein Protein des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) als Histon-Imitator fungiert, um die epigenetische Regulierung von Wirtszellen zu stören.


Studie: SARS-CoV-2 stört die epigenetische Regulation des Wirts durch Histon-Mimikry. Bildquelle: PHOTOCREO Michal Bednarek/Shutterstock

Aktuelle Erkenntnisse deuten darauf hin, dass eine Infektion mit SARS-CoV-2 angeborene Immunantworten unterdrückt und die epigenetische Regulation stört. Es bleibt jedoch unbekannt, wie dies geschieht. In seltenen Fällen können andere virulente Viren die epigenetische Regulation beeinträchtigen, indem sie Wirtsproteine, insbesondere Histone, nachahmen. Histone verpacken die DNA in komplexe Strukturen und regulieren den Zugang zum Genom.

Histone unterliegen einem Spektrum posttranslationaler Modifikationen (PTMs), die zur Kontrolle der Genexpression dynamisch reguliert werden. Die Histon-Mimikry ermöglicht es Viren, die Fähigkeit von Zellen zu stören, auf Infektionen zu reagieren und die Genexpression zu regulieren. Dennoch ist die Histon-Mimikry durch Coronaviren (CoVs) noch nicht validiert.

Die Studie und Ergebnisse

Die vorliegende Studie untersuchte, ob SARS-CoV-2 Histon-Mimikry einsetzt, um die Chromatinregulation und die Infektionsreaktion zu beeinträchtigen. Zunächst führten die Forscher einen bioinformatischen Vergleich von SARS-CoV-2-Proteinen mit menschlichen Histonen durch. Es gab eine identische Übereinstimmung von sechs Resten zwischen den Aminosäuren 50 – 55 des offenen Leserahmens 8 (ORF8) und den kritischen Regionen im N-Terminus des H3-Histons.

Diese Reste liegen in einer ungeordneten Region auf der Oberfläche des monomeren ORF8. Interessanterweise wurde die ARKS-Sequenz innerhalb dieses Motivs gefunden, das im H3-Schwanz an zwei verschiedenen Stellen vorhanden ist. Die proteomische Charakterisierung ergab, dass DNA-Methyltransferase 1 (DNMT1) der Bindungspartner von ORF8 ist.

Siehe auch  Ein routinemäßiges Neugeborenen-Screening auf Sichelzellenanämie ist dringend erforderlich, um in Afrika Leben zu retten

Als nächstes wurde die intrazelluläre Lokalisierung von ORF8 untersucht, um herauszufinden, ob es als Histon-Nachahmer fungiert. HEK293T-Zellen wurden mit einem Strep-markierten Konstrukt transfiziert, das ORF8 kodiert, das mithilfe einer Fluoreszenzsonde sichtbar gemacht wurde. Die Immunfluoreszenz zeigte, dass ORF8 typischerweise im Zytoplasma und in der Kernperipherie lokalisiert war.

Die Zellfraktionierung zeigte jedoch, dass es sich sowohl im Zellkern als auch im Zytoplasma befand. Darüber hinaus stellte das Team fest, dass ORF8 in transfizierten Zellen mit den Laminen B1 und A/C kolokalisiert war. Das Expressionsmuster wurde in der SARS-CoV-2-infizierten A549-Zelllinie bestätigt, die das Angiotensin-Converting-Enzym 2 (ACE2) exprimiert. Als nächstes wurde die Chromatinbindung anhand steigender Salzkonzentrationen bewertet. ORF8 dissoziierte von der Chromatinfraktion bei ähnlichen Salzkonzentrationen wie Lamine und Histone.

Im Gegensatz dazu ermöglichte die Löschung des ARKSAP-Motivs in ORF8 (ORF8ΔARKSAP) die Dissoziation bei niedrigeren Salzkonzentrationen, was darauf hindeutet, dass das mutmaßliche Histon-Mimikmotiv die Stärke der Assoziation zwischen ORF8 und Chromatin beeinflusst. Die Chromatin-Immunpräzipitation mit Sequenzierung (ChIP-seq) zeigte die Anreicherung von ORF8 innerhalb bestimmter Genomregionen, insbesondere derjenigen, die mit der H3K27me3-Modifikation assoziiert sind.

Es wurde auch festgestellt, dass ORF8 mit Lysinacetyltransferase 2A (KAT2A) assoziiert. ORF8ΔARKSAP war nicht mit Chromatinproteinen assoziiert, was darauf hindeutet, dass das ARKSAP-Motiv die Assoziation von ORF8 mit Chromatinproteinen verstärkt. Eine gezielte massenspektrometrische Analyse wurde durchgeführt, um zu untersuchen, ob die Histon-Mimikstelle ähnlich modifiziert ist wie Histone. Dadurch wurde ein Lysinrest in der vorgeschlagenen mimischen Stelle identifiziert, der ähnlich wie H3-Histon acetyliert war.

Darüber hinaus verursachte die ORF8-Expression einen deutlichen Rückgang der KAT2A-Häufigkeit, während die Kernlamina-Proteine ​​und die Lamina-assoziierten Heterochromatinspiegel unverändert blieben oder leicht anstiegen. Als nächstes beobachtete das Team, dass die mit der Transkriptionsrepression verbundenen Histon-PTMs in transfizierten HEK293T-Zellen, die ORF8 exprimierten, erhöht waren, während diejenigen, die mit der aktiven Genexpression verbunden waren, erschöpft waren. Insbesondere diejenigen innerhalb des ARKS-Motivs von H3 waren stark gestört.

Siehe auch  Einsatz magnetischer Bakterien zur Bekämpfung von Krebstumoren

Der Assay für Transposase-zugängliches Chromatin mit Hochdurchsatzsequenzierung zeigte, dass ORF8 die Zugänglichkeit von Chromatin verringerte, nicht jedoch ORF8ΔARKSAP. Eine RNA-Sequenzierung wurde durchgeführt, um differentiell exprimierte Gene (DEGs) in transfizierten Zellen zu definieren. ORF8 und ORF8ΔARKSAP teilten eine Untergruppe von DEGs, aber das Vorhandensein des Histon-Mimikmotivs führte zu weniger dynamischen Veränderungen in der Genexpression.

Gene, die als Reaktion auf ORF8 im Vergleich zu ORF8ΔARKSAP herunterreguliert wurden, hatten eine bessere Zugänglichkeit des Chromatins und höhere Grundwerte der H3K9ac-Modifikation als hochregulierte Gene. Als nächstes wurde ein mutiertes SARS-CoV-2 ohne ORF8 (SARS-CoV-2ΔORF8) erzeugt; A549ACE2-Zellen wurden mit dieser Mutante oder SARS-CoV-2 infiziert, um die viralen Genomniveaus und die Produktion viraler Partikel zu vergleichen.

Nach 24 Stunden gab es keine Unterschiede in den Virustitern oder der Genomkopienzahl, und nach 48 Stunden waren nur geringfügige Veränderungen erkennbar. Eine SARS-CoV-2-Infektion verursachte einen starken Anstieg der repressiven Histon-PTMs (H3K9me3 und H3K27me3). Umgekehrt wurde dieser Effekt in Abwesenheit von ORF8 abgeschwächt.

Weitere Experimente mit einem mutierten SARS-CoV-2, bei dem das ARKSAP-Motiv aus ORF8 gelöscht wurde (SARS-CoV-2ΔARKSAP), zeigten eine erhebliche Abschwächung der Auswirkungen der Infektion auf H3K9ac und die Zugänglichkeit von Chromatin, was die Auswirkungen der ORF8-Deletion replizierte. Eine Infektion mit Wildtyp-SARS-CoV-2 verringerte die KAT2A-Expression, während dies bei einer SARS-CoV-2ΔARKSAP- oder SARS-CoV-2ΔORF8-Infektion nicht der Fall war.

Schließlich wurden aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) gewonnene Lungenalveolarzellen vom Typ II (iAT2) mit Wildtyp- und mutierten SARS-CoV-2-Zellen infiziert. Die Anzahl der Genomkopien mutierter Viren war 48 Stunden nach der Infektion reduziert, was darauf hindeutet, dass ORF8, insbesondere das ARKSAP-Motiv, die Virusreplikation beeinflusst. Die von der ΔORF8-Mutante erzeugten Viruspartikel waren geringer als beim Wildtyp-Virus. Im Gegensatz dazu schien die ΔARKSAP-Mutante dem Wildtyp SARS-CoV-2 ähnlich zu sein, was darauf hindeutet, dass ORF8 eine ARKSAP-unabhängige Funktion der Viruspartikelerzeugung hat.

Siehe auch  Herzinsuffizienz entsteht durch Mutationen in bestimmten Genen, Studienergebnisse

Schlussfolgerungen

Die Studie zeigte, dass der ORF8 von SARS-CoV-2 ein ARKS-Motiv enthält und dass die Expression von ORF8 die Regulation von Histon-PTMs stört. Die Forscher fanden die Assoziation von ORF8 mit Chromatin-assoziierten Proteinen, Kernlamina und Histonen. Ähnlich wie Histone unterliegt ORF8 einer Acetylierung innerhalb des Histon-Mimikmotivs.

Die Deletion von ORF8 führte zu einer Verringerung der Virusreplikation in iAT2-Zellen, wohingegen die Kopienzahl des Virusgenoms explizit durch den Verlust des Histon-Mimikmotivs beeinflusst wurde. Insgesamt identifizierten die Forscher einen neuen Fall von Histon-Mimikry während einer SARS-CoV-2-Infektion und beschrieben Mechanismen, durch die das Virus die Chromatin-Regulation von Wirtszellen stört.

Referenz:


Unsere Beiträge kommen von Autoren der Universitäten und Forschungszentren aus der ganzen Welt. Wir geben Ratschläge und Informationen. Jede Beschwerde und Krankheit kann individuelle Behandlungsmöglichkeiten erfodern, sowie Wechselwirkungen der Medikamente hervorrufen. Konsultieren Sie unbedingt immer einen Arzt, bevor Sie etwas tun, worin Sie nicht geschult sind.

Ähnliche Artikel

Schaltfläche "Zurück zum Anfang"

Adblocker erkannt

Bitte schalten Sie den Adblocker aus. Wir finanzieren mit unaufdringlichen Bannern unsere Arbeit, damit Sie kostenlose Bildung erhalten.