Die Durchseuchungsrate der Bevölkerung in Deutschland mit den humanen ß-Herpesviren liegt zwischen 40 und 90%. Nach der Primärinfektion verbleiben die ß-Herpesviren latent in den Körperzellen und haben die Fähigkeit, z.B. nach körperlichem Stress, bei Immunsuppression oder unter UV-Strahlung erneut in den lytischen Vermehrungszyklus einzutreten. Die kommerziell erhältlichen serologischen Methoden für die Diagnostik der humanen ß Herpesviren haben sich in den letzten Jahren wenig weiterentwickelt. Der enzymgekoppelte Immunadsorptionstest (ELISA) und der Immunfluoreszenztest (IFT) sind die Standardmethoden für die Diagnostik der humanen ß-Herpesviren. Da bei der Bestimmung des IgM-Titers Kreuzreaktionen sowie falsch-positive oder falsch-negative Ergebnisse auftreten können, reicht der IgM-Titer als alleinige Aussage für die Diagnose einer akuten Infektion nicht aus. Weiterhin fehlt bei einer Superinfektion mit einem anderen Stamm des gleichen Virus oder im Falle einer Reaktivierung des Virus oft die IgM-Antwort. In diesen Fällen kann nur auf Grund des IgG-Titeranstieges eine Reaktivierung bzw. Superinfektion angenommen werden. Bei fehlender Immunkompetenz bleibt der Anstieg des IgG-Titers jedoch oft aus. Serologische ELISA-IgG-Tests und IFT-IgG-Tests auf der Basis von Mischantigenen für den Nachweis von HCMV- oder HHV6-Reaktivierungen zeigen bei immunsupprimierten Patienten zurückliegende Infektionen bzw. Reaktivierungen an. Kommerzielle Western Blots für den Nachweis von IgG-Antikörpern gegen „late antigens“ der Zytomegalieviren sind verfügbar, werden aber nur in Speziallaboratorien eingesetzt. Weiterhin ist eine Differenzierung der Subtypen HHV6 A und HHV6 B mit den kommerziell erhältlichen Methoden wie ELISA und IFT nicht möglich. Eine Unterscheidung der Subtypen HHV6 A und HHV6 B wäre aber auf Grund der Unterschiede in der Infektionsfähigkeit, im Replikationsmuster, in der Epidemiologie und der Pathogenität wünschenswert. Im Rahmen des BMBF-Projektes Bioresponse (Projektträger Jülich: Förderkennzahl beim BMBF: 03WKR03E) und der nachfolgenden Stipendiatenförderung durch die Jürgen-Manchot-Stiftung wurden für eine differenzierte ß-Herpesvirusdiagnostik auf Basis des Mikroblots je zehn HCMV- und HHV6-Antigene exprimiert und evaluiert. Die Mikroblottechnologie - eine an Mikrowellplatten angepasste und miniaturisierte Form der Streifentesttechnologie - ermöglicht den simultanen Nachweis von bis zu zehn Antigen-spezifischen IgG Antikörpern bei geringem Proben- und Reagenzienverbrauch. Von in der Literatur als antigen beschriebenen Strukturproteinen und Nichtstrukturproteinen der Betaherpesviren wurden Proteinbereiche mit und ohne bekannten Epitopen ausgewählt und als Fusionsproteine in BL-21 Zellen exprimiert. Jeweils zehn über die Ni-NTA-Agarose-Säule aufgereinigte virusspezifische Fusionsantigene wurden zur Herstellung der Mikroblots eingesetzt. Der HCMV-IgG-Mikroblot und der HHV6-IgG-Mikroblot wiesen zu den kommerziell erhältlichen serologischen Testsystemen (HHV6 IgG-IFT von Euroimmun, Lübeck, HCMV-IgG-ELISA von Dade Behring, Marburg, HCMV IgG recom Blot von Mikrogen, Neuried) vergleichbare Sensitivitäten auf. Im Vergleich zum HHV6-IgG-ELISA (Panbio, Rüsselsheim) ist der HHV6 IgG-Mikroblot die empfindlichere Nachweismethode. Die Spezifität des HHV6 IgG-Mikroblots ist mit den HHV6-Testsystemen (HHV6-IgG-IFT von Euroimmun, Lübeck, HHV6-IgG-ELISA von Panbio, Rüsselsheim) vergleichbar. Weiterhin wies der HCMV-IgG-Mikroblot im Vergleich zum kommerziell erhältlichen HCMV-IgG-ELISA (Dade Behring, Marburg) und zum HCMV-IgG-recom Blot (Mikrogen, Neuried) eine Spezifität von 80% bzw. 83% auf. Der Mikroblot hat sich als ein geeignetes diagnostisches Instrument erwiesen, um neben der Entwicklung des IgG-Antikörpertiters auch differenziert die Antigen-spezifischen IgG Antikörperantworten unter bestimmten Fragestellungen zu untersuchen. So ermöglicht der HHV6 IgG-Mikroblot erstmals eine serologische Unterscheidung von HHV6 A und HHV6 B monovalenten Seren und den Nachweis von HHV6 A/ B polyvalenten Seren. Die Mikroblottechnologie wurde primär für die serologische Testung von Seren und Plasmen etabliert. Mit dem HCMV-IgG-Mikroblot wäre aber auch eine Liquordiagnostik möglich. Jedoch konnte mit dem HHV6-IgG-Mikroblot vermutlich auf Grund nicht ausreichender Sensitivität eine Einsatzmöglichkeit in der Liquordiagnostik anhand dieser Arbeit wegen zu geringer Probenzahlen nicht gezeigt werden. In einer anschließenden Studie sollte dennoch die Eignung der HHV6-Antigene für die HHV6-Liquordiagnostik mit einem größeren Umfang an Liquores geprüft werden. Stabilitätstestungen zeigten, dass die Messergebnisse von am gleichen Tag wiederholt gemessenen Seren oder Plasmen reproduzierbar waren. An verschiedenen Tagen gemessene Seren und Plasmen wiesen jedoch unterschiedliche Messergebnisse auf. Mögliche Ursachen für die geringe Reproduzierbarkeit der Messergebnisse im Mikroblot sind die unterschiedlichen Epitopdichten ein und desselben Antigens in den Mikroblots, die unspezifische Hintergrundfärbung in den Mikroblots sowie die nicht konstante bivalente Gleichgewichts- und Bindungskonstante der IgG-Antikörper im Mikroblot. In folgenden Studien sollte durch eine Optimierung des Proteintransfers der Antigene auf die Nitrozellulosemembran eine gleiche Epitopdichte gewährleistet werden. Gleichzeitig muss der Algorithmus der Software dahingehend verbessert werden, dass dieser trotz einer möglichen Verunreinigung der Mikroblots oder schwacher Hintergrundfärbung die Markerbande erkennt und eine Auswertung gewährleistet werden kann. Die unspezifische Hintergrundfärbung in den Mikroblots sollte nach Absprache mit dem Hersteller durch den Einsatz alternativer Blockreagenzien weitgehend reduziert werden. Weiterhin muss die Cutoff-Grenze so definiert werden, dass eine bestmögliche Sensitivität bei optimaler Spezifität der Mikroblotmethode ermöglicht wird. Dieser Cutoff kann sowohl durch die Anzahl der reaktiven Antigene als auch durch die Färbungsstärke der Antigen-Antikörperreaktion mit einem spezifischen Antigen definiert werden. In einem zweiten klinisch orientierten Teil dieser Arbeit wurden mit der Mikroblottechnologie die HCMV- und HHV6-Antikörperantworten nach hämatopoetischer Stammzell-transplantation (HSZT) untersucht. Die HCMV- und HHV6-Antikörperverläufe der Patienten nach HSZT wiesen keinen Zusammenhang zwischen nachgewiesener Reaktivierung und IgG-Antikörperentwicklung auf. Der Nachweis einer HCMV- bzw. HHV6-Reaktivierung bzw. -Infektion nur auf Grundlage des IgG-Antikörpertiters ist bei immunsupprimierten Patienten daher nicht möglich. Es konnte nicht nach jeder positiven HCMV- bzw. HHV6 PCR ein IgG-Antikörperanstieg beobachtet werden, was vermutlich durch die Immunsuppression der Patienten bedingt war. Weiterhin konnten HCMV- bzw. HHV6 IgG Antikörperanstiege selten zeitnah zu positiven HCMV- bzw. HHV6-PCR-Nachweisen gezeigt werden. Im Gegensatz dazu wurden bei weiteren Patienten mit HCMV- bzw. HHV6-positiven Transplantatspendern trotz negativer PCR frühe HCMV- bzw. HHV6-IgG-Antikörperanstiege bis zu 180 Tage nach der HSZT nachgewiesen. Diese frühen IgG-Antikörperanstiege sind wahrscheinlich durch die mit dem Stammzelltransplantat übertragenen B Gedächtniszellen sowie Plasmazellen verursacht und tragen zur frühen Immunrekonstitution des Patienten bei. Chemoradioresistente langlebige Plasmazellen können ebenfalls eine Ursache für frühe IgG Antikörperanstiege bis zu 180 Tage nach der HSZT bei HCMV-positiven Patienten mit negativen HCMV- bzw. HHV6-Transplantatspendern oder bei Patienten mit positiven HCMV bzw. HHV6-Transplantatspendern darstellen. Während die HCMV-IgG-Antikörperverläufe der Patienten nach der HSZT unabhängig von den positiven HCMV-PCR-Nachweisen durch mehrere HCMV-IgG-Antikörperanstiege und abfälle gekennzeichnet waren, wiesen die HHV6-IgG-Antikörperverläufe unabhängig von den positiven HHV6-PCR-Nachweisen nur einen HHV6-IgG-Antikörperanstieg auf, der von einem HHV6-Antikörperabfall gefolgt wurde. Da HHV6-Reaktivierungen mit 14-28 Tagen kurz nach der HSZT und im Gegensatz zu HCMV-Reaktivierungen nur in einem kurzen Zeitfenster nachgewiesen wurden, ist vermutlich nur für diesen begrenzten Zeitraum HHV6-Antigen als Trigger für die Antikörper produzierenden Plasmazellen verfügbar. Ob gesunde Probanden nach einer HHV6-Infektion oder HHV6-Reaktivierung eine ähnliche Antikörperkinetik wie HSZT-Patienten aufweisen, sollte in einer Folgestudie untersucht werden. Mit der Mikroblottechnologie konnte ein Einfluss des HCMV-Serostatus vom Transplantatspender auf die HCMV-IgG-Antikörperentwicklung nach HSZT gezeigt werden. Überwiegend nur HCMV-positive Patienten mit positiven HCMV-Transplantatspendern wiesen unabhängig von der HCMV-Reaktivierung frühe IgG-Antikörperanstiege bis zu 180 Tage nach der HSZT auf. Diese frühen IgG-Antikörperanstiege sind durch die mit dem Stammzelltransplantat übertragenen B-Gedächtniszellen oder Plasmazellen sowie seltener durch chemoradioresistente Plasmazellen verursacht und können zu einer frühen Immunrekonstitution beitragen. Im Gegensatz zu der kommerziell erhältlichen ELISA-Technik kann mit dem Mikroblot neben der Antikörperkinetik auch differenziert die Entwicklung der Antigen-spezifischen IgG-Antikörperreaktionen untersucht werden. So konnte bei sieben von 22 Patienten trotz Abfall des HCMV-Antikörpertiters bzw. stabilem HCMV-Antikörpertiter eine Zunahme von einzelnen HCMV Antigen spezifischen IgG Antikörpern nach hämatopoetischer Stammzell-transplantation beobachtet werden. Diese einzelen IgG-Antikörperanstiege könnten serologisch auf eine HCMV-Reaktivierung hinweisen. Weiterhin konnte bei drei von zehn Patienten mit HCMV-negativen Transplantatspendern unabhängig vom HCMV-IgG-Antikörpertiter ein Wechsel der HCMV Antigen-spezifischen IgG Antikörpermuster ab dem 6. Monat beobachtet werden. Der Wechsel der HCMV Antigen-spezifischen IgG-Antikörpermuster verweist auf die Bildung von neuen IgG-Antikörper sezernierenden B-Lymphozyten und vermutlich auf einen Wechsel der B Lymphozytenpopulation vom Empfänger zum Spender. Der Wechsel der B Lymphozytenpopulation vom Empfänger zum Spender ist für den Patienten ein wichtiger Schritt für die Rekonstitution der B Lymphozyten nach HSZT. Mit dem HHV6-IgG-Mikroblot hingegen konnte ein Wechsel der Antigen-spezifischen IgG-Antikörper nicht beobachtet werden. Eine Unterscheidung der HHV6-Subtypen auf serologischer Basis nach hämatopoetischer Stammzelltransplantation wurde neu etabliert. Alle sieben mit dem HHV6-IgG-Mikroblot nachgewiesenen HHV6-IgG-Antikörperanstiege zeigten sowohl HHV6 A Antigen-spezifische, als auch HHV6 B Antigen-spezifische IgG-Antikörperreaktionen. Jedoch zeigten vier von sieben Antikörperverläufen überwiegend HHV6 B Antigen-spezifische IgG-Antikörperreaktionen. Weiterhin konnten HHV6 B Antigen-spezifische IgG Antikörper früher als HHV6 A Antigen-spezifische IgG-Antikörper nachgewiesen werden. Auf Grund dieser Beobachtungen ist zu vermuten, dass der HHV6 B-Subtyp zu einem früheren Zeitpunkt und häufiger nach der HSZT als der HHV6 A-Subtyp reaktiviert.:1. Einleitung 8 1.1 Humane Herpesviren 8 1.1.1 Die humanen Betaherpesviren 9 1.2 Nachweis der HCMV- und HHV6-Viren 11 1.2.1 Nachweis der HCMV- und HHV6-Viren mittels Virusanzucht 12 1.2.2 Nachweis der HCMV- und HHV6-Viren durch molekularbiologische Methoden 12 1.2.3 Nachweis der HCMV- und HHV6-Viren durch serologische Methoden 13 1.3 Multiparameterdiagnostik 14 1.4 B-Lymphozyten, die Produzenten der Antikörper 14 1.4.1 Bildung und Reifung von B-Lymphozyten 14 1.4.2 B-Zellaktivierung und Antikörperproduktion 15 1.4.3 Aufbau und Funktion des Immunglobulins G 16 1.5 Hämatopoetische Stammzelltransplantation 17 1.5.1 Rekonstitution der B-Lymphozyten nach hämatopoetischer Stammzell-transplantation (HSZT) 18 1.5.2 HCMV und HHV6, ein pathogenes Potential nach hämatopoetischer Stammzelltransplantation (HSZT) 19 1.6 Zielstellung 21 2. Material und Methoden 22 2.1 Material 22 2.1.1 Geräte 22 2.1.2 Chemikalien und Substanzen 22 2.1.3 Medien 24 2.1.4 Zelllinie 24 2.1.5 Bakterien- und Virusstämme 24 2.1.6 Plasmide 25 2.1.7 Enzyme 25 2.1.8 DNA-Marker und Proteinmarker 25 2.1.9 Kits 25 2.1.10 Primer 26 2.2 Methoden 29 2.2.1 Expression der HCMV- und HHV6-Antigene 29 2.2.2 Evaluierung der viralen Antigene im Mikroblot 49 2.2.3 Vergleichsanalysen 50 2.3 Patientenproben 52 2.4 Statistische Methoden 52 3. Ergebnisse 53 3.1 Expression der HCMV- und HHV6-Antigene 53 3.1.1 Auswahl der Zielsequenzen 53 3.1.2 Klonierung der Zielsequenzen in den Expressionsvektor pet 28a (+) 54 3.1.3 Aufreinigung der Fusionsantigene 57 3.2 Evaluierung der Virusantigene im Mikroblot 59 3.2.1 Auswertung der Mikroblotdaten 62 3.2.2 Optimierung der Reaktionsbedingungen im Mikroblot 67 3.2.3 Plasma- und Liquordiagnostik – ein weiteres Einsatzfeld der Mikroblots 68 3.2.4 Untersuchungen zur Reproduzierbarkeit der Messergebnisse im Mikroblot 77 3.2.5 Sensitivitäts- und Spezifitätstestung des HCMV-Mikroblots 82 3.2.6 Sensitivitäts- und Spezifitätstestung des HHV6-Mikroblots 85 3.2.7 Beurteilung der Testseren mit dem HHV6-IgG-Mikroblot 89 3.2.8 Untersuchungen zur serologischen Unterscheidung der HHV6-positiven Seren 93 3.3 Antikörperkinetiken nach hämatopoetischer Stammzelltransplantation 97 3.3.1 Entwicklung der HCMV spezifischen IgG-Antikörperantwort nach allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation (HSZT) 97 3.3.2 Entwicklung der HHV6 spezifischen IgG-Antikörperantwort nach allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation (HSZT) 100 4. Diskussion 104 4.1 Probleme der heterologen Proteinexpression 104 4.2 Grenzen der Aufreinigung über die Ni-NTA-Agarose-Säule 104 4.3 Semiquantitative Auswertung der Mikroblotdaten 105 4.4 Optimierung der Farbreaktion im Mikroblot 106 4.5 Seren, Plasmen und Liquores - im Mikroblot einsetzbare Probenmaterialien 107 4.5.1 Vergleich der Reaktivität von Seren und Plasmen im Mikroblot 107 4.5.2 Liquordiagnostik – Möglichkeiten und Grenzen mit dem Mikroblot 108 4.6 Untersuchungen zur Stabilität der Mikroblots 109 4.6.1 Reproduzierbarkeit der Messergebnisse in einem Reaktionsansatz 109 4.6.2 Signifikante Unterschiede bei wiederholter Messung an verschiedenen Tagen 110 4.7 HCMV-Mikroblot - ein sensitives diagnostisches Testsystem 111 4.8 Drei verschiedene HHV6-Testsysteme – drei verschiedene HHV6-Prävalenzen 112 4.9 Der Mikroblot – eine serologische Methode zur Unterscheidung von monovalenten HHV6 A- und HHV6 B-Seren 114 4.9.1 Serologische Dominanz des HHV6 B-Subtyps 115 4.9.2 Interpretation der IgG-Antikörperreaktionen mit den homologen HHV6-Antigenpaaren 116 4.10 Unterschiedliche HCMV- bzw. HHV6-IgG-Antikörperkinetiken nach allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation (HSZT) 118 4.11 Reduktion der HCMV-Reaktivierung durch HCMV-positive Transplantatspender 121 4.12 HCMV pp52-F1 Antigen-spezifische IgG-Antikörperreaktionen – möglicherweise ein Nachweis für HCMV-Reaktivierungen nach HSZT 122 4.13 Wechsel der Antigen-spezifischen IgG-Antikörpermuster 182, 204 und 283 Tage nach der HSZT 123 4.14 Differenzierung der HHV6 A-Antigen- und HHV6 B-Antigen-spezifischen Antikörperreaktionen nach hämatopoetischer Stammzelltransplantation (HSZT) 123 5. Zusammenfassung, Ausblick und Perspektiven für die Mikroblottechnologie 125 6. Literatur 129 7. Danksagung: 142 8. Thesen 144

Current FDA approved anti-cytomegalovirus antivirals are ganciclovir, foscarnet, and cidofovir. These drugs target the viral polymerase to inhibit DNA synthesis. Halogenated benzimidazoles target a step later in viral replication during packaging and cleavage of the viral genome. The compounds 2-Bromo-5,6-dichloro-1-(β-D-ribofuranosyl)benzimidazole (BDCRB) and 2,5,6-trichloro-1-(β-D-ribofuranosyl)benzimidazole (TCRB) are novel inhibitors of human cytomegalovirus (HCMV) and resistance to these compounds are found within the human cytomegalovirus viral terminase. Terminase is unique to the virus and in theory provides a good target for antiviral development. Beginning with a BDCRB resistant guinea pig cytomegalovirus observations found a single mutation located in the viral terminase gene UL89 and unique formation found in genomic ends. In guinea pigs, the virus continued to produce large amounts of monomer. This is in contrast to human cytomegalovirus treated with either BDCRB or TCRB. Both compounds produced very little monomer DNA but created a supergenomic species, called monomer-plus that migrates to the apparent size of 270-kb on a pulse field gel. A model was developed to explain formation of monomer plus and my project aims originated from the model. In the presence of BDCRB and TCRB, packaging is relaxed resulting in the normal cleavage site being skipped and cleavage occurring at the next available cleavage site creating a short-long-short genome. In guinea pigs, cleavage has been relaxed by premature cleavage of the terminal ends. Current antivirals do not block viral entry therefore, patients are infected with HCMV. Blocking entry of HCMV into cells would prevent HCMV infection. It has been shown that antibodies to epitopes within the gH/gL/UL128-131 complex can block viral entry into endothelial, epithelial, and other cell types while antibodies to gB block entry into fibroblasts. The majority of the current work on entry into epithelial cells has been performed in retinal pigment epithelium and epithelial cells derived from tumors. Viral entry into cell lines derived from mucosa cells was dependent on the complex gH/gL/UL128-131. Rabbit antibodies raised against UL130 and UL131 peptides neutralized epithelial entry with effects as potent as human seropositive sera. This suggests that the entry complex can be blocked by single epitopes.

Human cytomegalovirus (HCMV) is a betaherpesvirus which establishes a lifelong persistent infection, underpinned by its ability to establish latent infection in early myeloid lineage cells, in the infected host. Although well controlled by a healthy immune system, HCMV causes pathological and life threatening disease in individuals with a compromised or immature immune response, which can come from primary HCMV infection or reactivation of latent infection. Although progress is being made in understanding the mechanisms by which HCMV maintains latency and reactivates, a better understanding is essential towards the aim of targeting and killing latently infected cells. In this thesis, I will present evidence that the HCMV-encoded chemokine receptor homologue US28, which is expressed during latent infection of CD14+ monocytes, is necessary for maintaining HCMV latency in these monocytes and, in the absence of US28 protein expression, HCMV undergoes lytic infection. US28 expression was found to attenuate cellular signalling pathways in latently infected cells; in particular, MAP kinase and NFκB. Interestingly, deletion of the US28 gene or inhibition of the US28 protein resulted in the expression of lytic antigens which allowed detection of infected monocytes by the immune system. This observation may lead to a potential new immunotherapeutic strategy against latent HCMV. Having demonstrated that US28 protein is expressed on the surface of latently infected monocytes, I tested whether a new fusion-toxin protein, called F49A-FTP, which binds US28 protein, could be used to target and kill latently infected cells. I developed a protocol for treating latently infected monocytes with F49A-FTP which resulted in a significant reduction in virus reactivation after monocyte differentiation to dendritic cells. I was also able to show that this treatment kills CD34+ progenitor cells, which were experimentally latently infected with HCMV, as well as latently infected monocytes from a healthy, seropositive blood donor. Finally, during my investigations into the role of US28 during HCMV latency, a mass spectrometry screen was performed to measure changes in cellular protein expression when US28 protein is expressed in isolation, in THP-1 monocyte-like cell line. This identified CTCF, a transcription factor which appears to be modified by US28 in THP-1 cells. I showed that CTCF has a repressive effect on the HCMV MIEP, and that CTCF likely plays a role in HCMV latency. In summary, this work provides insights into the role of US28 during HCMV latency, and proposes potential novel therapeutic strategies to kill latently infected cells.

HCMV is a common viral pathogen that infects most of the world's population by early adulthood. It is typically asymptomatic in immunologically healthy individuals but causes severe disease in immunocompromised patients and congenitally infected infants. HCMV glycoproteins are highly polymorphic, and various types of associations have been suggested between glycoprotein types and the pathogenicity of the virus. Several studies on viruses other than HCMV have related the glycosylation of the viral glycoproteins to virulence. This project aimed to determine whether there is a robust relationship between the individual glycoprotein sequence and its glycosylation, how this influences the growth characteristic of the virus and whether this is related to its pathogenicity. Glycosylation patterns of 89 clinical specimens of different infection categories and specimen types were correlated with genetic sequence alterations of the virus glycoproteins (gB, gH, gL, gM, gN, gO), followed by determining whether mutation results in specific changes in glycosylation. The aim was approached using a cell culture model and a quantitative lectin-based assay (ELLA). A significantly increased glycosylation level for the following genotypes: mixed gH, gN4a, gO4, mixed gL was detected. Whereas a decreased pattern was found to be associated with gH1, gH2, gN3a, gO1a and gL2 genotypes (P < 0.05). Glycoproteins of strains isolated from respiratory specimens were significantly highly glycosylated compared to the blood and urine samples, and from blood specimens compared to the urine samples (P < 0.05). Furthermore, strains from congenitally infected infants and urine samples had a significantly higher growth rate than others tested. No direct association between the virus growth and its virulence was found. These findings demonstrate that glycosylation of glycoproteins in HCMV is affected by the glycoprotein polymorphisms and signifies a potentially important mechanism for avoidance of antibody-mediated neutralization, which, in turn, facilitates HCMV pathogenicity. This phenomenon requires further study and may have application for the selection of novel targets for diagnosis, vaccine development and other preventive measures to combat diseases caused by this virus.

Human cytomegalovirus infects approximately 50% of adults in the United States and in most cases is asymptomatic. However, in the case of immune compromised persons such as AIDS patients, transplant patients, and newborn babies, life threatening CMV disease can occur. The HCMV major immediate-early enhancer functions as a master regulatory switch, whose activation is essential for the expression of the major IE transactivating proteins, IE1 p72 and IE2 p86. While critical to the viral lifecycle, regulation of MIE enhancer activation is very complex and not yet fully understood. I characterized the role of cis-acting partners within the MIE enhancer that function to strengthen MIE gene expression and discovered a novel mode of post-IE enhancer regulation. These results add significantly to our understanding the inner workings of the HCMV MIE enhancer/promoter in lytically infected cells. The distal portion of the MIE enhancer is composed of two functionally redundant segments, which are necessary for MIE gene expression at low multiplicity of infection (MOI). Using an unbiased genetic approach I identified a previously unrecognized cis-acting TGGGCA/G repeat that is inextricably linked to GC-box repeats, which together form an enhancer-spanning network. This network of elements (TG network) is conserved in nonhuman primate CMV MIE enhancers. HCMV constructs lacking the entire enhancer TG network inadequately sustain MIE gene expression at low MOI at post-immediate early (IE) times of infection (≥8 h pi). An MIE enhancer-specified mode of post-IE regulation has not been described before and suggests a cis-regulatory code specialization that has evolved to sustain rather than to initiate MIE gene expression. I hypothesized that another cis-acting element(s) function together with the TG network to form a multi-network system that senses and integrates a variety of cellular environmental signals to modulate efficiency in the initiation and/or maintenance of MIE enhancer-dependent gene expression. Using recombinant viruses with mutations in either the cyclic AMP response element (CRE) network, NFkB network, TG network, or a combination of these networks, I show that the TG-C and TG-K partnerships are the most important for conferring the greatest level of MIE enhancer-dependent MIE gene expression, frequency and size of viral plaques in HFF cells, while the TG-K partnership is most important to DNT-2 cells. Additionally, I conclude that the C-K partnership functions through an alternate mechanism than that of the TG network. Together these results suggest that the strength of enhancement by cis-acting network pair interactions forms a multi-network system that modulates efficiency of MIE enhancer-dependent gene expression and which differs in relation to cell type during lytic infection.

Soft corals of the genus Briareum (Briareidae) have been well known as a rich source for marine natural products with novel structural features. Briarane-related natural products attracted the attentions of researchers because of the structural complexity and interesting biological activity associated with numerous compounds of this type. Previous studies on the secondary metabolites of wild-type and cultured Formosan octocoral Briareum excavatum were collected around the sea area of Kenting. In the thesis of our studies on secondary metabolites from marine organisms, the acetone-soluble of the Formosan octocoral B. excavatum collected at Orchid Island has led to the isolation of eleven briarane-type diterpenoids (1−11), compounds 3, 4, and 6−10 are new compounds. The structures of these compounds were determined on the basis of their spectroscopic analysis (1H NMR, 13C NMR, 1H−1H COSY, HSQC, HMBC, NOESY, IR and mass spectra) and physical data by comparison of the physical and spectral data with those of the related literatures. The antiviral activity against HCMV (human cytomegalovirus) cells of these secondary metabolites was evaluated. Metabolite 8 exhibited significant activity against HCMV cells and compound 11 showed anti-inflammatory activity.−

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Im Rahmen einer prospektiven Studie wurde die Inzidenz der Reaktivierung des Humanen Cytomegalievirus (HCMV) bei stillenden Müttern, sowie die Virusübertragung auf ihre Frühgeborenen untersucht. Mit In vitro Experimenten wurde der Einfluss von Muttermilch auf die Reaktivierung und Replikation vom HCMV untersucht. Die Muttermilch von 73 Müttern, sowie Urin- und Trachealproben ihrer 89 Frühgeborenen wurden über 2 Monate post partum wöchentlich auf HCMV DNA untersucht. Eine Reaktivierung des Virus wurde bei 95% der latent infizierten Mütter beobachtet. Zu einer Virusübertragung kam es bei 42% der HCMV-positiven Müttern auf ihre gestillten Kinder. Insgesamt infizierten sich 22 der 89 Frühgeborenen im Untersuchungszeitraum, in zwei Fällen kam es zu schweren symptomatischen Krankheitsverläufen. Infizierte Frühgeborene zeigten im Vergleich zu Nicht-Infizierten höhere Inzidenzen von Amnioninfektionssyndrom, respiratory distress syndrome und Bronchopulmonarer Dysplasie. Die Studie bestätigt ein signifikant hohes Risiko einer Übertragung von HCMV durch Muttermilch auf Frühgeborene mit teils schwerwiegendem Verlauf und eine hohe Reaktivierungsrate von HCMV in der laktierenden Brust. Daher wurde ein möglicher Einfluss von Muttermilch auf die Reaktivierung bzw. Replikation von HCMV konstatiert und der Effekt von Muttermilch auf die Aktivität des HCMV Immediate Early (IE)1/2 Enhancer/Promotors, die Virusreplikation und IE Protein Synthese in monozytären Zellen und humanen Lungenfibroblasten untersucht. Sämtliche Milchproben stimulierten den HCMV Immediate Early (IE)1/2 Enhancer/Promotor und die IE Protein Synthese in einer charakteristischen Kinetik, mit höchsten Stimulationsraten durch Molkeproben der 1.-2. Woche post partum, 2-3 Wochen vor dem Zeitpunkt der höchsten Viruslast in der Muttermilch. Durch Promotermutanten und inhibitorische Substanzen wurde gezeigt, dass die Stimulation des IE1/2 Enhancer/Promotors ein multifaktorieller Prozeß ist, an dem Glukokortikoide eine signifikante Rolle spielen. / In a clinical trial, the incidence of human cytomegalovirus (HCMV) reactivation in breastfeeding mothers, virus transmission to their breastfed preterm infants and the effects of breast milk on HCMV reactivation and replication were studied. Breast milk from 73 mothers as well as urine and tracheal aspirates of their 89 infants were screened weekly for HCMV-DNA during 2 months after delivery. HCMV reactivation and virus shedding could be confirmed in 95% of latently infected mothers. Mother-to-child transmission was concluded for 42% HCMV DNA positive mothers. 22 breastfed infants acquired HCMV infection, two of them with severe symptomatic HCMV infection. The infected infants demonstrated higher incidences of amniotic infection, respiratory distress syndrome and bronchopulmonary dysplasia compared to noninfected infants. We could therefore confirm a high incidence of HCMV reactivation in lactating mothers and a significant risk of transmission to preterm infants by breastfeeding with the possibility of severe disease. The high rates of virus reactivation in mothers led us to focus on the effect of human milk on HCMV reactivation and replication in vitro: Breast milk from 12 breastfeeding mothers was tested for their effects on HCMV Immediate Early (IE)1/2 enhancer/promoter activity, viral replication and IE protein expression in monocytic cell lines and human embryonal lung fibroblasts. All milk samples stimulated HCMV IE1/2 enhancer/promoter activity und IE protein synthesis in these cell lines. The effects followed a characteristic kinetics over time: highest stimulation rates were seen with milk whey collected during the first and second week after delivery preceding the peak in viral load for 2-3 weeks. By using promoter mutants and inhibitors it could be demonstrated that stimulation of the IE1/2 enhancer/promoter is a multifactorial effect in which glucocorticoids play a significant role.

Das Humane Cytomegalievirus (HCMV) ist ein ubiquitäres Pathogen, welches den Metabolismus der Wirtszelle auf vielfältige Weise manipuliert, um seine eigene Vermehrung zu begünstigen. In der vorliegenden Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass auch das Ubiquitin-Proteasom-System in die HCMV-Replikation involviert ist. So konnte zunächst gezeigt werden, dass die Chymotrypsin-ähnliche (CT-L) Aktivität des konstitutiven Proteasoms in HCMV-infizierten Zellen signifikant erhöht ist. Wurde die CT-L Proteasomaktivität durch Proteasominhibitoren (PI) blockiert, so hatte dies die Hemmung der HCMV-Replikation zur Folge. Die Charakterisierung des Einflusses von PI auf die virale Proteinexpression ergab, dass bei niedriger MOI (MOI 0.1) deutlich verringerte Mengen der sehr frühen Proteine vorlagen, dieser Effekt jedoch bei hoher MOI (ab MOI 1) aufgehoben war. Die Expression früher Proteine war MOI-unabhängig reduziert. Hingegen war die Expression der späten Proteine MOI-unabhängig vollständig unterdrückt. Studien mit dem Nukleosidanalogon BrdU ergaben zudem, dass die de novo Synthese viraler DNA blockiert war. Um erste Hinweise auf den Wirkungsmechanismus von PI zu erhalten, wurde untersucht, ob der Transkriptionsfaktor NF-kappaB oder zelluläre Transkriptionsrepressoren wie z.B. hDaxx am anti-HCMV-Effekt beteiligt sind. Durch die Charakterisierung einer Virusmutante mit Deletion der NF-kappaB-Bindestellen im MIE-Enhancer/Promotor konnte gezeigt werden, dass der antivirale Effekt von PI nicht auf der Hemmung der Aktivierung von NF-kappaB beruht. Experimente mit hDaxx-knockdown Zellen ergaben hingegen, dass die Stabilisierung des Transkriptionsrepressors hDaxx partiell zum anti-HCMV-Effekt von PI beiträgt. Darüber hinaus müssen jedoch weitere virale oder zelluläre Zielproteine existieren, deren Beeinflussung durch PI kritisch für die Virusreplikation ist. Zusammenfassend stellt das Proteasom somit einen neu identifizierten potentiellen Angriffspunkt für die anti-HCMV-Therapie dar. / The Human Cytomegalovirus (HCMV) is a ubiquitous pathogen that manipulates many aspects of the host cell metabolism to enhance viral replication. This work demonstrates that the ubiquitin-proteasome system is also involved in HCMV replication. First of all, the chymotrypsin-like (CT-L) activity of the constitutive proteasome was significantly increased in HCMV infected cells. In the presence of proteasome inhibitors (PI) viral replication was efficiently blocked. Characterisation of the influence of PI on viral protein expression showed that immediate early protein expression was clearly reduced at low MOI (MOI 0.1); however, this effect was abolished at high MOI (starting from MOI 1). Expression of early proteins was significantly decreased independently of the MOI used for infection. In contrast, late protein expression was completely suppressed at both low and high MOI. Additionally, studies using the nucleoside analogue BrdU showed that PI block the de novo synthesis of viral DNA. In order to gain insight into the working mechanism of PI the involvement of the transcription factor NF-kappaB and cellular repressors of transcription (e.g. hDaxx) in the antiviral effect of PI was examined. Studies using a mutant virus carrying deletions of the NF-kappaB binding sites in the MIE-enhancer/promoter revealed that the anti-HCMV effect of PI is not due to inhibition of NF-kappaB activation. Analyses using hDaxx-knockdown cells showed that stabilisation of the transcriptional repressor hDaxx partially contributes to the antiviral effect of PI. However, the existence of additional viral or cellular target proteins of PI is very likely. In summary, the proteasome thus represents a newly identified and promising target for anti-HCMV therapy.