PhD thesis - University of Veterinary Medicine Vienna - 2022 The full text is only available to university members. Please log in!

Mouse mammary tumor virus (MMTV) is a milk-borne prototypic betaretrovirus that infects mice and causes mammary tumors. Like other members of the family Retroviridae, MMTV transiently produces single-stranded DNA (ssDNA) during reverse transcription of its RNA genome. The ssDNA is a substrate for the host innate immunity factor Apolipoprotein B editing complex 3 (APOBEC3). APOBEC3s are specific to mammals, and APOBEC3 genes are found in virtually all mammals encountering retroviral infection. APOBEC3s restricts virus infection by introducing dC to dU transitions in the (-) DNA strand during reverse transcription resulting in a hyper-mutated viral genome with apparent G to A mutations. The hypermutation renders viral particles inactive. The evolutionary arms race between hosts and viruses has shaped many defense mechanisms employed by viruses to counteract APOBEC3 proteins. Among them, exclusion of APOBEC3 molecules from viral particles or degradation of APOBEC3s after interaction with viral proteins directed against APOBEC3s such as HIV-1 Vif, are the best studied examples. MMTV does not encode an APOBEC3-neutralizing gene product and packages APOBEC3 proteins into the cores of virions. Therefore, it is unclear how the virus evades the accumulation of the APOBEC3-mediated G-to-A mutations. This thesis aims to elucidate the mechanism that allows MMTV to evade a highfrequency of deamination by APOBEC3 proteins, specifically for the most relevant restriction factor of the murine host species (mAPOBEC3) and the most closely related human orthologue, hAPOBEC3G. We have found that the retroviral reverse transcriptase activity, specifically the balance between the DNA polymerase activity and RNase H activity of reverse transcriptase, regulates the mutational burden imposed on the viral genome by APOBEC3 family members such as hAPOBEC3G and mAPOBEC3. More specifically, MMTV has evolved an reverse transcriptase such that it only allows for a limited number of APOBEC3-induced mutations during the virus genome replication.

Mouse mammary tumor virus (MMTV) ist der prototypische Vertreter des Genus betaretrovirdae. Er wird durch die Muttermilch von Maus zu Maus übertragen und verursacht Brust-Tumoren in seinen murinen Wirten. So wie auch andere Vertreter der Retrovirus-Familie, repliziert der Virus sein Genom durch reverse Transkription und produziert dabei aus seiner RNA zunächst eine einzelsträngige DNA (ssDNA) und in weiterer Folge eine integrationsfähige doppelsträngige DNA. ssDNA ist allerdings das Substrat des Immunfaktors Apolipoprotein B editing complex 3 (APOBEC3). APOBEC3s sind ein Teil des Immunsystems aller Säugetiere und kommen in allen Arten vor, die retrovirealen Infektionen ausgesetzt sind. APOBEC3s bekämfpen Retroviren indem sie während der Replikationsphase der Viren, dCReste in der transient vorkommenden ssDNA zu dU-Resten desaminieren. Diese Mutationen zeigen sich auf dem plus-Strang des proviralen Genoms als G -> A Hypermutationen die das Genom des Virus destabilisieren und die Infektion daher eindämmen . Das evolutionäre Wettrüsten zwischen Viren und Wirten hat auf beiden Seiten zu komplex regulierten Mechanismen geführt, um die virale Infektion unter Kontrolle zu bringen. Auch Viren gehen dabei immer geschickter vor, um die negative Auswirkungen von APOBEC3 Proteinen zu umgehen. Solche Umgehungsmechanismen sind z.B. die Exklusion der APOBEC3 Proteine aus den Viruspartikeln oder der Einsatz von viralen Proteinen, die APOBEC3 inaktivieren. Beispielweise das HIV-1 Vif-Protein, dass APOBEC3 spezifisch in die Degradation durch das Proteasom schickt. MMTV kodiert weder ein APOBEC3 neutralisierendes Genprodukt, noch kann es effektiv APOBEC3 Moleküle aus dem Virion fernhalten. Dennoch zeigen MMTV Sequenzen keine bzw. Eine sehr geringe Akkumulation der APOBEC3 charakteristischen Hypermutation. Diese Arbeit untersucht die Mechanismen mit denen MMTV die hoch-frequente Desaminierung durch APOBEC3 Proteine umgehen kann, mit besonderem Interesse am Maus-spezifischen Restriktionsfaktor (mAPOBEC3) und dem nahe verwandtem und am besten studierten menschlichen Ortholog hAPOBEC3G. Wir zeigen, dass das virale Enzym reverse Transkriptase (RT) die Frequenz der APOBEC3 spezifischen Mutationen im viralen Genom durch das Verhältnis zwischen Polymerase-Aktivität und RNase H Aktivität der RT, regulieren kann. Im 9 evolutionären Wettrüsten hat MMTV eine RT hervorgebracht, die nur eine limitierte Anzahl an APOBEC3-induzierten Mutationen im Virusgenom zulässt.

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101 Seiten