Um die Wirkung herpesviral-kodierter FcgammaRezeptoren auf wirtskodierte zelluläre FcgammaRezeptoren und IgG-vermittelten Effektorfunktionen untersuchen zu können, einen methodisch neuen Ansatz wurde entwickelt, der die Detektion FcgammaR-aktivierender Antikörper ermöglicht. Dieses neuartige Assay beinhaltet die Kokultivierung virusinfizierter Zellen, die mit virusspezifischen IgG-Antikörpern opsoniert sind, mit FcgammaR-zeta BW5147-Transfektanten als Reporterzellen. Diese stabilen Transfektanten exprimieren chimäre Rezeptoren, die aus der extrazellulären Domäne der zellulären FcgammaRezeptoren bestehen, welche mit der TM und intrazellulären Domäne der murinen CD3zeta-Kette fusioniert wurden. Die Aktivierung der CD3zeta-Kette führt zu einer IgG-dosisabhängigen mIL-2 Sekretion, die im ELISA gemessen werden kann. Die FcgammaR-spezifische immune IgG könnte eine wichtige biologische Rolle in der antiviralen Immunabwehr spielen. Herpesviren exprimieren auf der Oberfläche infizierter Zellen viral-kodierte Fc-bindende Glykoproteine. Um zu bestimmen, ob virale FcgammaRezeptoren die IgG-abhängige Aktivierung von wirtskodierten FcgammaRezeptoren beeinflussen können, wurde das oben beschriebene Assay angewandt. Es wurde festgestellt, dass der HCMV-kodierte FcgammaR gp68 die Aktivierung und die nachfolgende Signalkaskade von CD16>CD32=CD64 inhibiert, während der HCMV-kodierte FcgammaR gp34 die Aktivierung von CD16>CD64>CD32 inhibiert. In klarem Kontrast dazu wirkt der HSV-kodierte FcgammaR gE, der CD16 Aktivierung vermindert, CD32 hingegen nur sehr schwach und CD64 gar nicht beeinflußt. Der MCMV-kodierte FcgammaR m138/fcr-1 vermindert die Aktivierung des murinenCD16. Zusammenfassend betrachtet zeigen die ermittelten Daten, dass es sich bei den herpesviral-kodierten FcgammaRezeptoren um hierarchische und redundante Antagonisten der wirtskodierten zellulären FcgammaRezeptoren handelt. Herpesviral-kodierte FcgammaRezeptoren wirken somit der Aktivierung des Immunsystems entgegen. / To study the possible interference of the herpesviral vFcgammaRs with the host FcgammaRs and IgG-mediated effector functions, a new methodological approach to detect FcgammaR activating antibodies was developed. The novel assay comprises the co-cultivation of virus infected cells upon opsonization with immune IgG antibodies and the stably transfected FcgammaR-zeta BW5147 transfectants as responder cells. The transfectants express chimeric receptors bearing the extracellular domain of the host FcgammaRs fused to the transmembrane and tail domains of the murine CD3zeta chain. Triggering the CD3zeta chain is sufficient to elicit IL-2 secretion in a dose dependent manner which is measured in an ELISA. The setup of the new assay provides a defined effector cell population bearing one Fcgamma receptor on the surface, which becomes activated in the presence of immune IgG antibodies bound to the native viral antigens displayed on the surface of infected cells. The assay system allows us to detect and quantify Fc gamma receptor-activating immune IgG in an FcgammaR-specific way, which is thought to have an important biological function in antiviral defense. Several alpha- and beta- herpesviruses express on the surface of infected cells virally encoded Fc binding glycoproteins. The assay described above was applied to determine if the viral FcgammaRs are able to impair IgG-mediated activation of host FcgammaRs. In a systematic approach, the effect on each host FcgammaR by each of the herpesviral FcgammaR was investigated. It was found that HCMV FcgammaR gp68 affects activation and downstream signaling of CD16 > CD32 = CD64, while gp34 attenuates CD16 > CD64 > CD32. In clear contrast, HSV gE impairs CD16 activation and weakly CD32, but has no effect on CD64. Furthemore, MCMV m138/fcr-1 diminishes activation of mouse CD16. Taken together, this data uncover herpesviral FcgammaRs as hierarchical and redundant antagonists precluding host FcgammaRs from triggering immune responses.

Der DNA-Verpackungsmechanismus des humanen Cytomegalievirus (HCMV) ist charakteristisch für große DNA-Viren wie Herpesviren und ds-Bakteriophagen. Er beruht auf der Spaltung der konkatemeren DNA durch einen viralen, hetero-oligomeren Proteinkomplex, der Terminase. In der vorliegenden Arbeit konnten die funktionellen Domänen der Terminase-Untereinheit pUL89 in vitro identifiziert und charakterisiert werden. Neben einer Nuklease-Aktivität besitzt pUL89 auch die Fähigkeit dsDNA sequenz-unabhängig zu binden. Durch Nuklease-Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass pUL89 sowohl dsDNA, als auch lineare DNA spaltet. PUL89 weist dabei eine größere Spezifität zu dsDNA auf. Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, dass die Aminosäure D463 eine zentrale Funktion innerhalb der Nuklease-Aktivität besitzt. Durch kolorimetrische DNA-Bindungsuntersuchungen konnte die Aminosäure R544 als essenziell für die dsDNA-Bindungsfähigkeit von pUL89 identifiziert werden. Basierend auf den in vitro Ergebnissen wurden rekombinanten TB40/E-Virusmutanten mit Mutationen im ORF UL89 durch die En Passant Mutagenese generiert. Mit Hilfe dieser Viren sollte der Einfluss der Mutationen auf die Replikation des Virus charakterisiert werden. Es war möglich nachzuweisen, dass die Aminosäuren E534 und R544 eine essenzielle Aufgabe innerhalb von HCMV erfüllen, da die Mutation einer dieser Aminosäure zu nicht wachstums-fähigen BAC-Mutanten führte. Zur Charakterisierung dieser Konstrukte wurden die Zelllinien HELF Fi301-UL89 und HELF Fi301-vProm-UL89 verwendet. Durch Untersuchungen hinsichtlich der Wachstumseigenschaften, Proteinexpression, DNA-Spaltung, DNA-Bindung sowie elektronenmikroskopischen Aufnahmen, konnte gezeigt werden, dass die wachstums-kompetenten BAC-Mutanten keinen signifikanten Unterschied zum Wildtyp-Virus TB40/E zeigten. Sodass nachgewiesen werden konnte, dass die basischen Aminosäuren H565 und H571 keine essenzielle Funktion in pUL89 erfüllen. / The human cytomegalovirus DNA packaging mechanism is characteristic for large DNA viruses like Herpes viruses and ds bacteriophages. This mechanism is based on the cleavage of concatemeric DNA by the viral heterooligomeric protein complex terminase. This dissertation includes the identification and characterization of functional domains of the HCMV terminase subunit pUL89. PUL89 contain a nuclease activity and the ability to bind dsDNA. This protein shows the property to cut as well dsDNA as linear DNA. The amino acid D463 shows a significant role in this cleavage event. Colorimetric DNA binding experiments show the central role of R544 in DNA binding by pUL89. Based of the in vitro results recombinant TB40/E viruses with mutations in the ORF UL89 were generated. These viruses allow a characterization of the impact of virus replication. It was possible to show that the amino acids E534 and R544 have a functional role in HCMV. The mutation of one of these amino acids was enough to generate a growth deficient mutant. The stable cell lines HELF Fi301-UL89 and HELF Fi301-vProm UL89 were used for the characterization of the growth deficient mutants. The growth competent mutants H656A and H571A show no significant differences in comparison with the wild type TB40/E virus. This was verified by growth kinetics, protein expression characterizations, pulse field gel electrophoresis, DNA binding assays and electron microscopy.

Bis heute sind die beiden Ratten-Cytomegalovirus (RCMV)-Isolate RCMV-England (RCMV-E) und RCMV-Berlin (RCMV-B) die einzig bekannten Viren, die ein Homolog von XCL1 kodieren, einem g-Chemokin, das vom Virus kopiert wurde um das Chemokin-Netzwerk des Wirts zu beeinträchtigen. Wie das Wirtshomolog lockt vXCL1 ausschließlich dendritische Zellen (DC) an, die den XC-Chemokinrezeptor 1 (XCR1) exprimieren. In dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit RCMV die XCL1-XCR1-Achse nutzt, um DC zu infizieren und sich im Wirt auszubreiten. In der Ratte konnten zwei DC-Hauptpopulationen identifiziert werden, XCR1+ CD4- und XCR1- CD4+ DC. Es konnte gezeigt werden, dass Überstände von RCMV-infizierten embryonalen Rattenfibroblasten ausschließlich die XCR1+ CD4- Population anlocken. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass RCMV DC infiziert. Durch die Anreicherung wurden DC aktiviert. Während der Infektion inhibierte RCMV die Hochregulation von Reifungsmarkern, einschließlich CD40, CD86 und CCR7. Unabhängig von vXCL1 scheint RCMV die DC-Funktionalität durch das Herunterregulieren von Reifungsgenen zu lähmen. Um die Rolle von XCR1 und die Funktion von vXCL1 in vivo zu analysieren, wurden Xcr1+/+ und Xcr1-/- Ratten mit RCMV-B wt und RCMV-B D-vxcl1 infiziert. Während das XCR1- Expressionsniveau einen Einfluss auf die Geschwindigkeit der RCMV-Verbreitung in den Speicheldrüsen hatte, führte das Fehlen von vXCL1 zu einer starken Abnahme der Virusausbreitung. Die DC-Migration in die Speicheldrüsen war sowohl von vXCL1 als auch von XCR1 abhängig und war reduziert, wenn vXCL1 und XCR1 nicht vorhanden waren. Während der Infektion wurden CD8+ T-Zellen in die Speicheldrüsen rekrutiert. Diese Migration blieb jedoch aus, wenn Xcr1+/+ Ratten mit RCMV-B D-vxcl1 infiziert wurden. Zusammenfassend besitzt RCMV die Fähigkeit DC unabhängig von der vXCL1-Expression zu infizieren. RCMV verwendet vXCL1, um XCR1+ DC anzulocken, was entscheidend für die Virusausbreitung in die Speicheldrüsen zu sein scheint. / To date, the two Rat Cytomegalovirus (RCMV) isolates RCMV-England (RCMV-E) and RCMV-Berlin (RCMV-B) are the only known viruses that encode a homolog of XCL1, a gamma- chemokine adopted by viral piracy to interfere with the host’s chemokine network. Like its host homolog, vXCL1 exclusively attracts dendritic cells (DC) that express the XC chemokine receptor 1 (XCR1). In this work, it was investigated whether RCMV misuses the XCL1-XCR1 axis to infect DC in order to disseminate within the host. Initially, rat DC phenotyping revealed two major DC populations, XCR1+ CD4- DC and XCR1- CD4+. It could be shown that supernatants of RCMV-infected rat embryonic fibroblasts solely attracted the XCR1+ CD4- population. Moreover, RCMV was able to infect and replicate in DC. Due to digestion of the spleen and leukocyte enrichment DC became activated leading to full maturation 24 h after cell isolation. During infection, RCMV inhibited the upregulation of several maturation markers including CD40, CD86 and CCR7 and also led to reduced expression of MHCII, CD4 and XCR1. Regardless of vXCL1, RCMV appears to paralyze DC functionality by downregulating maturation genes. In order to analyze the role of XCR1 and vXCL1 function in vivo, Xcr1+/+ and Xcr1-/- rats were infected with RCMV-B wt and RCMV-B delta-vxcl1. Whereas the XCR1 expression level had an influence on the pace of RCMV-B wt dissemination to the salivary glands, the absence of vXCL1 led to a strong decrease in viral spread. DC migration to the salivary glands was dependent on vXCL1 as well as XCR1 and was markedly reduced when vXCL1 and XCR1 were not present. During infection, CD8+ T cells were recruited to the salivary glands, however, this migration was missing when Xcr1+/+ rats were infected with RCMV-B delta-vxcl1. In conclusion, RCMV has the ability to infect DC regardless of vXCL1 expression. RCMV uses vXCL1 to attract XCR1+ DC which appears to be important for viral dissemination to the salivary glands.

Das Immediate-Early Protein 2 (IE2) des humanen Zytomegalievirus ist ein essentieller Regulationsfaktor des lytischen Infektionszyklus. Es aktiviert verschiedene early Promotoren, autoreprimiert seine eigene Expression und besitzt darüber hinaus auch zellzyklusregulatorische Aktivitäten. Um einzelne Funktionen des IE2 Proteins gezielt analysieren zu können, ist eine genaue Kenntnis seiner regulatorischen Domänen unabdingbar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher eine Struktur-Funktionsanalyse des IE2 Proteins durchgeführt mit dem Ziel, seine funktionellen Domänen genauer zu charakterisieren. Hierfür wurden verschiedene IE2-Mutanten hergestellt und ihre Aktivität im Hinblick auf Transaktivierung, Autorepression und DNA-Bindung sowie Zellzylusarrestinduktion bestimmt. Die Untersuchungen ergaben, dass innerhalb einer Core-Region im C-Terminus des Proteins (AS 450-544) die regulatorischen Domänen der untersuchten Funktionen überlappen und hier schon kleinere Mutationen zu einem Funktionsverlust führen. Im Gegensatz dazu ist der Bereich N-terminal des Core deutlich weniger sensitiv gegenüber Mutationen. Hier konnten Sequenzen identifiziert werden, die spezifisch für einzelne Funktionen wie die Transaktivierung oder die Zellzyklusarrestinduktion erforderlich sind. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass eine im bisherigen Verständnis essentielle putative Zinkfingerdomäne außerhalb des Core liegt und für die Funktionalität des Proteins, vor allem für seine DNA-Bindung, nicht benötigt wird. Somit ist der Bereich, in dem die regulatorischen Domänen der untersuchten Funktionen überlappen, deutlich kleiner, als bisher angenommen. Vor diesem Hintergrund lässt sich eine Strategie für die Erstellung von diskriminierenden Virusmutanten ableiten, bei der Einzelfunktionen von IE2 im Viruskontext eliminiert und somit im Sinne ihrer physiologischen Relevanz analysierbar werden. / The Immediate Early Protein 2 (IE2) of human cytomegalovirus is an essential regulatory factor of the viral replicative cycle. It fulfills several functions including transactivation, negative autoregulation and cell cycle regulation. In order to analyse the physiological significance of each of the IE2 functions a precise knowledge of the regulatory protein domains is needed. Therefore, a structure-function analysis of the IE2 protein was performed in this work. Different sets of IE2 mutants were tested in parallel with regard to transactivation, DNA-binding, autoregulation and cell cycle regulation. We found the IE2 protein to contain an unexpectedly clear-cut core domain (amino acids (aa) 450-544) that is defined by its absolute sensitivity to any kind of mutation. In contrast, the region adjacent to the core (aa 290-449) generally displays greater tolerance towards mutations. Although specific sequences correlate with distinct IE2 activities none of the mutations analysed completely abolished any particular function. The core is separated from the adjacent region by the putative zinc finger (428-452) which was found to be entirely dispensable for any function tested. Our work supports the view that the 100 amino acids of the core domain hold the key to most functions of IE2. A systematic, high-density mutational analysis of this region may identify informative mutants which discriminate between various IE2 functions. Such mutants could then be tested in a viral background.