Molekularbiologische Untersuchungen zur Interaktion der antiretroviral wirkenden porzinen und humanen A3-Proteine mit porzinen endogenen Retroviren (PERV) und Charakterisierung des porzinen A3-Genlokus

Abstract

Die Xenotransplantation (XTx) porziner Zellen, Gewebe und Organe könnte den Mangel an humanen Spenderorganen überwinden. Problematisch für die Schwein-auf-Mensch-XTx ist die Existenz porziner endogener Retroviren (PERV), da PERV-A und PERV-B in vitro humane embryonale Nierenzellen infizieren können, weshalb es in vivo zu einer Zoonose kommen könnte. Hier wurde untersucht, ob porzine und humane APOBEC3 (A3)-Proteine eine PERV-Infektion inhibieren können, denn diese Familie der Cytosin-Deaminasen gehört zur zellulären intrinsischen Immunität und dient als effektiver Block gegen Retroviren und Retrotransposons. Die erhaltenen Daten zeigen, dass der poA3-Genlokus auf Chromosom 5 aus den Genen A3Z2 und A3Z3 besteht und für mindestens vier verschiedene mRNAs (A3Z2, A3Z3, A3Z2-Z3 und A3Z2-Z3 SVA) kodiert. Die porzinen A3s A3Z2, A3Z3 und A3Z2-Z3 wurden in PERV-Partikel verpackt und inhibierten die PERV-Replikation dosisabhängig. Für A3Z2 und A3Z2-Z3 konnte dabei ein Langzeiteffekt nachgewiesen werden. Der antiretrovirale Effekt war auf eine G-zu-A-Hypermutation zurückzuführen und erfolgte in einem Trinukleotidkontext (5'TGC für A3Z2 und A3Z2-Z3, 5'CAC für poA3Z3). Ebenso wiesen fast alle humanen A3-Proteine eine antiretrovirale Aktivität gegen PERV auf. Aufgrund dieser Resultate ist es möglich, dass humane und porzine A3s auch in vivo die PERV-Replikation inhibieren könnten, wodurch sich das Risiko einer PERV-Infektion im Zuge einer Schwein-auf-Mensch-XTx deutlich reduziert wäre.

Xenotransplantation (XTx) of porcine cells, tissues and organs shows great promise to surmount the shortage of human donor material. One barrier for pig-to-human XTx is the existence of porcine endogenous retroviruses (PERV). Two classes PERV-A and PERV-B are able to infect human embryonic kidney cells in vitro suggesting that a xenozoonosis in vivo could occur. To assess the capacity of human and porcine cells to counteract PERV infections, we analyzed human and porcine APOBEC3 (A3) proteins. This family of cytidine deaminases contributes to the cellular intrinsic immunity and acts as potent inhibitor of retroviruses and retrotransposons. Our data show that the porcine A3 gene locus on chromosome 5 consists of the two single-domain genes A3Z2 and A3Z3. The two A3 genes encode for at least four different mRNAs: A3Z2, A3Z3, A3Z2-Z3 and A3Z2-Z3 SVA. Porcine and human A3s have been tested towards their antiretroviral activity against PERV using novel single-round reporter viruses. The porcine A3s A3Z2, A3Z3 and A3Z2-Z3 were packaged into PERV particles and inhibited PERV replication in a dose-dependent manner. The antiretroviral effect correlated with editing by the porcine A3s with a trinucleotide preference for (5'TGC for A3Z2 and A3Z2-Z3, 5'CAC for poA3Z3). These results strongly implicate that human and porcine A3s could inhibit PERV replication in vivo, thereby possibly reducing the risk of infection of human cells by PERV in the context of pig-to-human XTx.