Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2007. / Härtill 4 uppsatser.

Le virus d’Epstein-Barr (EBV) est un herpesvirus dont la séroprévalence est d’environ 90 % de la population adulte mondiale. EBV est associé à de nombreuses pathologies tumorales. La primo infection conduit à l’établissement du virus sous forme latente dans les lymphocytes B mémoires. Au sein de ces cellules B, le génome viral est sous la forme d’un épisome, un ADN circulaire double brin, et une fraction restreinte de gènes viraux est exprimée. Afin de se maintenir aux cours des divisions cellulaires, le génome viral est répliqué en phase S par la machinerie cellulaire et ségrégé lors de la mitose dans chaque cellules filles. La réplication et la ségrégation du génome viral nécessitent 2 facteurs viraux que sont la protéine virale EBNA1 (Epstein-Barr Nuclear Antigen 1) et la région oriP sur le génome viral. En phase S, EBNA1 interagit directement avec l’oriP et y recrute le complexe de pré-réplication de l’ADN. En mitose, EBNA1 ancre l’épisome à la chromatine ce qui permet une ségrégation efficace. Les mécanismes d’interaction entre EBNA1 et la chromatine reste encore flou. Au cours de notre travail, nous avons identifié la protéine RCC1 comme un partenaire potentiel pour la protéine EBNA1 pouvant être impliqué dans l’ancrage d’EBNA1 à la chromatine. Nous avons validé cette interaction et caractérisé les régions d’interactions pour ces deux protéines. Par ailleurs nous avons démontré que RCC1 est recrutée sur l’oriP en présence d’EBNA1 et que ces deux protéines interagissent en mitose. À la lumière de nos résultats et des données de la littérature, nous proposons que l’interaction d’EBNA1 avec la chromatine est dynamique et implique à la fois des interactions directes (AT-Hook, interaction avec les nucléosomes) mais aussi des facteurs cellulaires (RCC1, EBP2 et HMGB2). / Epstein-Barr virus (EBV) is a ubiquitous herpesvirus associated with several human cancers. In proliferating latently-infected cells, the EBV genome persists as a circular plasmid that is replicated once per cell cycle and partitioned at mitosis. Both of these processes require a single viral protein, Epstein Barr nuclear antigen 1 (EBNA1), which binds to two clusters of cognate binding sites within the origin of plasmid replication (oriP). EBNA1 plays an essential role both in viral episome replication, by recruiting the cellular complex of DNA replication onto the oriP, and in the efficient segregation of the viral episomes, by tethering the viral DNA onto the mitotic chromosomes. Whereas the mechanisms of viral DNA replication have been well documented, the mechanisms involved in tethering EBNA1 to the cellular chromatin are far from being understood. Here we have identified Regulator of Chromosome Condensation 1 (RCC1) as a novel EBNA1 cellular partner. RCC1 is the only known nuclear guanine nucleotide exchange factor (RanGEF) for the small GTPase Ran enzyme. RCC1, associated with chromatin, is involved in the formation of RanGTP gradients critical for nucleo-cytoplasmic transport, mitotic spindle formation, and nuclear envelope reassembly after mitosis. We have used several approaches to demonstrate a direct interaction between these two proteins and to identify the regions. involved Moreover, by using Chromatin ImmunoPrecipitation assay (ChIP) we have shown that RCC1 is enriched in the oriP region of mini viral replicons in a manner dependent on EBNA1. Finally, by using a combination of confocal microscopy and FRET analysis to follow the dynamics of interaction between the two proteins throughout the cell cycle, we have demonstrated that EBNA1 and RCC1 closely associate on the chromosomes during metaphase. Taken together, our data strongly suggest an essential role for RCC1 in tethering EBNA1 - linked to the viral episome - to the metaphasic chromosomes. Our results and those of others lead us to the idea that the interaction between EBNA1 with the cellular chromosomes requires several factors such as direct interactions or cellular proteins and these interactions are complementary and / or redundant.

Multiple sclerosis is a complex immune mediated condition of the central nervous system characterized by myelin loss and progressive neurodegeneration. The risk of developing MS is influenced by both genetic and environmental agents and, among them, several lines of evidence support a role for vitamin D deficiency, Epstein-Barr virus (EBV) infection and smoking in the aetiology of this disease. The aim of this work was to further elucidate how nature and nurture act in the causal cascade leading to MS. In chapter 1, I show that the main genetic factor in adult MS (the HLA-DRB1*1501 allele) plays an equally important role in paediatric cases of MS (PMS) and that EBV negative PMS patients represent a separate entity characterized by lower age at disease onset, lower female to male ratio and a trend towards a lower frequency of the HLA-DRB1*1501 allele. In chapter 2, I provide evidence in support of month of birth having a role on MS risk and T cell production and that vitamin D may underlie this effect. In chapter 3 I demonstrate the presence of a link between vitamin D deficiency and the immune response against EBV, whereby the proportion of EBV seropositive MS patients and controls increases with increasing latitude and high dose vitamin D supplementation appears to reduce the level of antibodies against this virus. In chapter 4, I show that MS associated genetic variants are located in genomic regions that exert a regulatory function and are active in immune cell types. In chapter 5, I illustrate how vitamin D receptor binding is also located within active regulatory regions in immune cells and that this is particularly evident near MS associated genes. Finally, in chapter 6, I use chromatin data on more than 100 different cell types and conclude that MS associated genetic variants are particularly active in T helper, T cytotoxic and B cells. Further work is needed to elucidate how genetic and environmental agents play a role in the cause of MS and to develop effective strategies for disease treatment and prevention.

published_or_final_version / abstract / Anatomy / Doctoral / Doctor of Philosophy

published_or_final_version / Medicine / Master / Master of Philosophy

Le facteur de transcription ZEBRA (EB1) du virus d'Epstein-Barr joue un rôle essentiel dans l'initiation de l'infection lytique et la production virale. L'ubinucléine a été identifiée comme un partenaire cellulaire de ZEBRA, capable de l'empêcher de se fixer à ses séquences d'ADN cibles. Le rôle de l'ubinucléine dans la cellule demeure inconnu, ainsi que les conséquences de son interaction avec ZEBRA dans les cellules infectées par l'EBV. Notre travail a permis, d'abord, de mieux caractériser l'ubinucléine dans la cellule épithéliale en l'identifiant comme une protéine des jonctions serrées. L'ubinucléine a été proposée comme un nouveau membre de la famille des protéines NACos (nuclear and adhesion complex components) possèdant une double localisation, les noyaux et les jonctions des cellules. Afin de mieux comprendre son rôle dans la cellule épithéliale, nous avons étudié par une approche protéomique couplée à la spectrométrie de masse les partenaires de l'ubinucléine et identifié les protéines LYRIC et RACK-1. Nos résultats suggèrent que l'ubinucléine est impliquée dans différents processus biologiques tels que la régulation de la prolifération et de l'adhésion cellulaires. Enfin, dans les cellules épithéliales infectées par l'EBV, les fonctions de l'ubinucléine semblent dépendre de sa localisation cellulaire. Au niveau nucléaire, l'ubinucléine régule négativement le cycle lytique et la production de particules virales en empêchant ZEBRA et d'autres facteurs cellulaires de se fixer à leurs promoteurs de type AP-1. Lorsqu'elle est séquestrée dans les jonctions serrées, l'inhibition de ZEBRA est levée permettant ainsi le bon déroulement du cycle lytique du virus.

Firstly, the aims of the study were to investigate the influences of various factors, sex differences, Cytomegalovirus/Epstein-Barr virus (CMV/EBV) serostatus and vitamin D concentrations on respiratory illness incidence and immune function during the winter months in a student cohort of endurance athletes. In Chapter 3, the findings of the study concur with recent reports of illness incidence at major competitive games which indicate that female athletes may be more susceptible than their male counterparts to upper respiratory tract illness (URTI) symptoms and that lower oral-respiratory mucosal immunity may, in part, account for this. It was also found that previous coinfection with CMV and EBV might promote protective immune surveillance to lower the risk of URTI. In addition, it can be concluded that athletes with low plasma vitamin D concentrations may have a higher risk of URTI and suffer more severe symptoms when URTI is present. This may be due to impaired mucosal and systemic immunity as secretory immunoglobulin A (SIgA) secretion, cathelicidin levels and antigen-stimulated pro-inflammatory cytokine production appear to be increased by vitamin D-dependent mechanisms. A series of follow-up studies were also conducted to examine the effect of vitamin D on mucosal and systemic immunity in athletes. In Chapter 4, it was reported that the influence of vitamin D on circulating cytokines might be different in athletes compared with non-athletes and that both pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokine production by multi-antigen stimulated whole blood culture were not influenced by 1,25-dihydroxy vitamin D (1, 25(OH)2D) iconcentrations within the normal healthy range. In Chapter 5, it was found that 5000 IU of vitamin D3 supplementation daily appears to have a beneficial effect in up-regulating the expression of SIgA and cathelicidin in athletes during a winter training period. Nevertheless, the findings reported in Chapter 6 showed that there were no significant effects of vitamin D status and a 4-week period of daily high does vitamin D3 supplementation on salivary antimicrobial protein (AMP) responses to prolonged exercise. In conclusion, a series of studies in this thesis have demonstrated the influence of various factors (sex differences, CMV/EBV serostatus and vitamin D concentrations) on susceptibility to URTI among athletes. Moreover, it was suggested that vitamin D3 supplementation could have a positive effect on immune function and lead to decreased incidence of respiratory infections.

Epstein-Barr Virus (EBV), a ubiquitous herpesvirus that infects over 95% of the adult human population, has been implicated in the aetiology of a range of autoimmune diseases and tumours. In some of these disorders such as post-transplant B-cell lymphomas, EBV acts as a direct causal factor, in others, like Hodgkin's disease and nasopharyngeal carcinoma, it is an important co-factor. Additionally, EBV infection has been linked to several other diseases, most notably Multiple Sclerosis through positive correlation with the occurrence of Infectious Mononucleosis – a benign lymphoproliferative disease caused by primary EBV infection. The key feature of most EBV-disease associations is the ability of the virus to infect and transform human B- T- NK- and epithelial cells using a set of transcripts and proteins, some of which act as oncogenes. While it is evident that EBV viral load and gene expression may be correlated with the course of disease or even directly contributing to its pathology, the genetic determinants of EBV uptake, expression and its proliferative capacity remain unresolved. This project aimed to investigate the genetic determinants of EBV copy number and EBV latency gene expression for human B-cells immortalised by EBV in vitro and transformed into permanently growing lymphoblastoid cell lines (LCLs), as a model for early-stage EBV infection in naïve B-cells. LCL samples studied have been sourced from several different populations, the HapMap Project, the 1000 Genomes Project as well as British MRC-A family cohort. Methods used encompass quantification of viral expression and copy number using TaqMan and SybrGreen PCR techniques, followed by statistical association tests conducted using Plink, Merlin and MatrixEQTL. EBV QTLs identified by the assays were next subjected to a meta-analysis in GWAMA. Two most significant eQTLs were also selected for a replication experiment in an independent panel of newly generated LCLs and validated in peripheral blood B-cells sourced from the same donors. Multiple significant and suggestive expression and copy number QTLs were identified. However, most of these associations have not been replicated in more than a single cohort. The relatively small sample size of most cohorts tested as well as population structure posed a limitation. Some findings merit attention, particularly the presence of statistically significant viral eQTLs within or close to CSMD1 locus in two different cohorts, and finding of a significant EBV eQTL in a SNP associated with type 1 diabetes risk and located close to IL2RA, an immune-response gene harbouring multiple autoimmune disease risk loci. Suggestive associations were also identified in the 1000 Genomes Project samples by the copy number assay which resulted in the most robust test conducted. These encompassed an association to the PRDM9 locus as well as to a gene involved in TGF-β secretion. This is particularly interesting since TGF-β signal promotes lytic replication in EBV-infected B-cells and a consistent significant correlation between EBV lytic expression and increased viral copy number has been identified. In conclusion, although no significant association has been consistently replicated, the project provided several suggestive EBV QTL candidates with plausible biological links to EBV infection and replication, which could be studied further in independent experiments.

In der vorliegenden Arbeit wurden Lymphoproliferationen und maligne Non-Hodgkin-Lymphome der B-Zellreihe, die eine Infektion der Tumorzellen mit dem Epstein-Barr Virus aufwiesen, hinsichtlich ihres Immunphänotyps und ihrer zytogenetischen Aberrationen durch Fluoreszenz in-situ Hybridisierung charakterisiert. Von besonderer Bedeutung war es, durch eine detaillierte Analyse der klinischen Daten Vorerkrankungen/Zweiterkrankungen mit einer möglichen Immunsuppression zu identifizieren. Die erhaltenen Daten wurden mit denen EBV-negativer diffuser grosszelliger B-Zell Lymphome verglichen. In der Gewebe-Array-Technik konnten letztlich 69 Fälle detailliert charakterisiert werden. Von 53/69 (77%) dieser Lymphoproliferationen, die sämtlich eine EBV-Assoziation aufwiesen, konnten klinische Daten erhalten werden. Die detaillierte Analyse dieser Daten zeigte, dass in der grossen Mehrzahl der Fälle eine für eine EBV-Infektion prädisponierende Vor- bzw. Grunderkrankung vorlag (44/69 Fälle, 64%). Dabei handelte es sich in 9 Fällen um eine HIV-Infektion, in 12 Fällen um eine Post-Transplantations lymphoproliferative Erkrankung, in 19 Fällen um einen Zustand nach vorangegangener, therapierter Lymphomerkrankung und in vier Fällen um einen Zustand bei Methotrexatbehandlung oder vergleichbarer medikamentöser Immunsuppression. In neun Fällen war nachweislich keine zu einer möglichen Immunsuppression führende Grunderkrankung eruierbar; diese Tumoren, die bei Patienten mit einem Durchschnittsalter von 72,7 Jahren auftraten, entsprechen wahrscheinlich den in der Literatur beschriebenen „senilen“ EBV-assoziierten Lymphoproliferationen, bei denen eine durch das fortgeschrittenen Lebensalter bedingt reduzierte Fähigkeit des Immunsystems zu einer adäquaten Viruskontrolle diskutiert wird. Klinische Angaben, die auf eine mögliche Immunsuppression und damit auf eine mögliche EBV-Assoziation hindeuten, lagen zum Zeitpunkt der Vorstellung des Falles im Referenzzentrum bemerkenswerterweise nur in 26/69 Fällen (38%) vor.EBV-assoziierte Lymphoproliferationen und Lymphome gehören signifikant häufiger dem (immunhistochemisch definierten) non-GCB-Subtyp als dem GCB-Subtyp der DLBCL an (73% versus 37%; p<0,0001). Hier lag ein zusätzlicher interessanter Aspekt vor: EBV-assoziierte Lymphoproliferationen, die aufgrund ihrer Reaktivität der Tumorzellen für CD10 dem GCB-Typ zugeordnet worden waren, exprimierten nur in einer Minderzahl der Fälle (1 von 12; 8%) gleichzeitig auch BCL-6, ein Befund, der bei sporadischen, EBV-negativen DLBCL nur äußerst selten zu finden war (1 von 50; 2%). Weitere immunhistochemische Unterschiede zwischen EBV-assoziierten und EBV-negativen DLBCL lagen für die Expression des Aktivierungsmarkers CD30, der bei EBV-negativen DLBCL eher selten exprimiert wird, aber bei EBV-positiven DLBCL/-Lymphoproliferationen signifikant häufiger positiv ist, und auch für CD138 vor. Auch dieser Marker einer plasmazellulären Differenzierung war bei EBV-positiven DLBCL häufiger exprimiert, wohingegen die Expression von BCL-2 und BCL-6 in den Tumorzellen EBV-assoziierter LPD seltener war. Der häufigere non-GCB-Status, die vermehrte Expression von CD138 und die geringere Reaktivität für BCL-6 legen nahe, dass EBV-assoziierte DLBCL/Lymphoproliferationen offensichtlich aus B-Zellen bestehen oder hervorgegangen sind, die die Keimzentrumsreaktion bereits durchlaufen hatten. Die Analyse der interphasenzytogenetischen Daten und ihr Vergleich zu klassischen zytogenetischen Daten einer Kontrollgruppe von sporadischen DLBCL zeigte, dass chromosomale Bruchereignisse und auch eine TP53 Mutation (ausgewiesen durch die immunhistochemisch nachgewiesene Überexpression des Gens) nur bei denjenigen Fällen auftrat, die konventionell-morphologisch als DLBCL charakterisiert worden waren. Im Vergleich zur Kontrollgruppe wurde eine signifikant häufigere Rearrangierung von CMYC in EBV-assoziierten DLBCL gefunden; im Gegensatz hierzu waren Bruchereignisse im BCL2- und im BCL6-Locus ohne signifikanten Unterschied zur Kontrollgruppe. Als „Nebenbefund“ konnte in dieser Studie eine Infektion eines – offenbar primär nodalen – DLBCL vom immunoblastisch-plasmoblastischen Subtyp bei einem HIV-positiven Patienten durch das humane Herpesvirus 8 (HHV8) nachgewiesen werden. Diese Konstellation stellt insofern eine Rarität dar, da HHV8-positive DLBCL zumeist extranodal, z.B. in Form des sogenannten „Primären Effusions-Lymphoms“ (PEL) oder in Assoziation zu einer multizentrischen Castleman-Erkrankung bei HIV-positiven Patienten auftreten. / This study characterizes the immunophenotype and genetic aberrations (that were identified by fluorescence in situ hybridization) of Epstein-Barr-virus (EBV)-associated lymphoproliferations and non-Hodgkin lymphomas of B-cell origin.These data were compared with the data of EBV-negative diffuse, large B-cell lymphomas(DLBCL). Further, for the EBV-positive cases clinical data were evaluated.The clinical data showed that in most cases there was a specific kind of immunosuppression(e.g. previous tumors, HIV-infection, organ transplantation, iatrogenic immunosuppression by methotrexate) that correlates by cause with the EBV-infected lymphomas. In nine cases it has been proved that the patients had no kind of immunosuppression. These patients were all elderly (average 72,7 years) and their lymphomas and lymphoproliferations were classified as “ senile lymphoproliferations” (according to Shimoyama et al., 2006) where due to seniority a reduction of immunosystem is discussed. Results: The EBV-associated lymphoproliferations and lymphomas displayed a distinct immunophenotype. Compared to the de novo DLBCL they showed significantly more often the non-GCB-subtype. Interestingly, the EBV-positive lymphoproliferations which showed the CD10-positive GCB-subtype were only positive for bcl-6 in one case (8%), which is very unusual. The EBV-positive lymphoproliferations and lymphomas showed also significantly more expression of the activation protein CD30 and the plasma cell marker CD138 but less expression of bcl-2 and bcl-6. The oncogene MYC was significantly more often rearranged. As an additional result of this study a HHV8/EBV coinfection was found in an immunoblastic-plasmablastic DLBCL which occured in a cervical lymph node of a HIV-positive young male. This is a very rare finding because HHV8-positive DLBCL mainly occur at extranodal sites, e.g. as primary effusion lymphoma or in association with a multicentric Castleman disease, both often in the setting of immunodeficiency.

Die histologische Technik der Tissue-Microarrays ist eine sehr effiziente Methode, um eine große Anzahl auch heterogener Lymphome wie des Hodgkin-Lymphoms bei hohem Durchsatz unter homogenen Färbebedingungen zu untersuchen. Die vorliegende Arbeit konnte zeigen, dass ein Probeschnitt zur vorherigen Auswahl stanzwürdigen Tumorareals nicht nötig ist. Die so genannte Blindstanzung trug weniger als einen Prozentpunkt (0,9%) zum Verlust der auswertbaren Fälle bei. Dennoch war bei einzelnen Parametern (LMP1 und EBER) ein hoher Gewebeverlust zu beobachten. In einer Stichprobe von 2696 Stanzen waren es 24% (631 Stanzen) bedingt durch die Färbetechnik, aber auch durch unterschiedliche Vorbehandlungen und Originalfixationen des Probematerials. In dieser Studie wurden 1212 Fälle zur Immuntypisierung von Tumorzellen des klassischen und nodulär lymphozyten-prädominanten Hodgkin-Lymphoms untersucht. Die Fälle von c-HL wiesen eine häufige Expression von CD30- und CD15-Oberflächenmarkern und kaum B-Zell-Marker auf, während im NLP-HL die Expression in umgekehrter Häufigkeit vorlag. Diese bisher größte Untersuchung von T-Zell-Markern an H-/RS-Zellen, erstmalig auch an NLP-HL, ergab eine bis zu 6-fach höhere Frequenz in der NLP-HL bei häufigerer B-Zell-Marker-Expression. Die in der Literatur beschriebene Rangordnung der Expressionshäufigkeit von Oberflächenantigenen im c-HL (CD2 > CD4 > CD3 > CD5 > CD8) wurde bestätigt und wich nur in den Markern CD3 und CD5 ab: Perforin >> CD4 > CD5 > CD3 > CD8 > GranzymB > TIA-1 > CD7. Tzankov et al. [45] fanden in ihrer Untersuchung mit 259 c-HL-Fällen eine Häufigkeit von 5% T-Zell-Marker-Expression. Die vorliegende Arbeit mit 1147 untersuchten c-HL-Fällen kam zum Ergebnis einer deutlich höheren T-Zell-Marker-Expressionshäufigkeit von 20,1%. Der pathophysiologische Mechanismus der T-Zell-Marker-Expression ist bis heute noch unklar, könnte aber als eine alternative Signalkaskade zur Aufrechterhaltung des Zellzyklus unter geändertem Zellmilieu gedeutet werden. Ein weiterer Fokus dieser Arbeit betraf die Gruppe der Studienteilnehmer 60 Jahre und älter, um Hinweisen auf das „age-related“ EBV-associated Lymphom und der Rolle der Mikrosatelliten-Instabilität nachzugehen. So fand sich eine signifikante Häufung von Markern für eine EBV-Infektion (EBER, LMP1) in der Gruppe der über 60-Jährigen. Die Expression von DNA-Reparaturenzymen, deren Ausbleiben auf Mikrosatelliten-Instabilität gedeutet hätte, unterschied sich zwischen jüngeren und älteren Studienteilnehmern nicht.