Please use this identifier to cite or link to this item: doi:10.22028/D291-28429
Title: Der Lebenszyklus archetypischer und rearrangierter BK-Polyomaviren und der Einfluss von Wirkstoffen in einem neuen in vitro Replikationssystem
Author(s): Feld, Pascal
Language: German
Year of Publication: 2019
DDC notations: 500 Science
570 Life sciences, biology
610 Medicine and health
Publikation type: Doctoral Thesis
Abstract: Bis zu 90% der Bevölkerung sind latent mit dem BK-Polyomavirus (BKPyV) infiziert. Auch wenn die Primärinfektion meist ohne gavierende Symptome verläuft, kann eine Reaktivierung des Virus in Menschen mit krankheits- oder medikamentenbedingter Immunsuppression schwere bis lebensbedrohliche Krankheiten auslösen. Am häufigsten von BKPyV-assoziierten Erkrankungen betroffen sind immunsupprimierte Patienten nach einer Nierentransplantation oder einer allogenen Stammzelltransplantation. Nach Nierentranplantationen führt eine Reaktivierung des BKPyV in bis zu 10% der betroffenen Patienten zu einer Polyomavirus-assoziierten Nephropathie mit einem hohen Risiko des Transplantatverlustes. Bis heute ist eine effiziente Behandlung der BKPyV-assoziierten Erkrankungen nicht möglich, da es noch kein gegen das BKPyV zugelassenes Medikament auf dem Markt gibt. In etwa 24% der Nierentransplantierten mit einer BKPyV-Reaktivierung treten bei hoher viraler Replikation zudem genetische Veränderungen (Rearrangements) der nicht-kodierenden Kontrollregion (NCCR) des BKPyV-Genoms auf, die wiederum zu einer höheren Replikation des Virus führen können. BKPyV-Stämme mit wildtypischer (archetypischer) NCCR sind jedoch die übertragbaren, persistierenden und reaktivierenden Stämme. Zur Erforschung des Lebenszyklus des BKPyV in Zellkultur in vitro werden primäre Epithelzellen der proximalen Nierentubuli (RPTEC) als Modell verwendet, weil die Viren hauptsächlich in diesen Zellen persistieren. Bis heute wurde aber noch kein Zellkultursystem beschrieben, mit dem es möglich ist, archetypische Stämme des BKPyV in primären RPTEC effizient und mit stabiler NCCR zu kultivieren. In dieser Arbeit und Vorarbeiten zu dieser Arbeit wurde ein solches System zur Analyse des Lebenszyklus von archetypischen BKPyV-Stämmen etabliert. Es wurde in dieser Arbeit zum Vergleich des Lebenszyklus zweier archetypischer Stämme (WWM12 und WWT), eines rearrangierten Stammes (Dunlop) und eines potenziell rearrangierten Isolats (M401), sowie zur Testung neuer Medikamente herangezogen. Beim Vergleich dieser Stämme konnte eine effizientere Replikation des Dunlop sowohl auf Ebene der DNA-Replikation, als auch der viralen Genexpression nachgewiesen werden. Zudem konnte gezeigt werden, dass beide Stämme die Proteinexpression der Cyclin-abhängigen Kinasen CDK1 und CDK2, welche an der Regulation des Zellzykus beteiligt sind, in diesem System mit unterschiedlicher Effizienz induzieren. Während bei Medikamententests eine CDK1-Inhibition zu signifikanten zytotoxischen Effekten führte, konnte durch die Medikamente Bexaroten und Fenretinid aus der Familie der Retinoide eine starke Reduktion der viralen Replikation beider Stämme bei nur schwachem Einfluss auf das Zellwachstum in den effektiven Konzentrationen nachgewiesen werden. Zusätzlich konnte ein direkt antiviraler Effekt von Bexaroten mit Hilfe von Gelshift-Analysen herausgearbeitet werden. Bexaroten blockiert die Bindung des Transkriptionsfaktors AP-1 an Bindestellen der NCCR archetypischer und rearrangierter BKPyV direkt, wodurch möglicherweise ein wichtiger Mechanismus des viralen Lebenszyklus gestört wird.
Up to 90% of the world population are latently infected with the BK polyomavirus (BKPyV). Although the primary infection takes course mostly without serious symptoms, a viral reactivation in immunosuppressed patients e. g. after renal transplantation or allogenic stem cell transplantation can lead to severe and even life-threatening diseases. After renal transplantation, a polyomavirus associatied nephropathy develops after BKPyV reactivation in up to 10% of the patients with a high risk of an allograft loss. Until now, there is no efficient antiviral therapy possible as there is still no approved drug for treatment of BKPyV reactivation available. In about 24% of renal transplant patients with BKPyV reactivation, genetic variations (rearrangements) in the non-coding control region (NCCR) develop as a result of a high viral replication. These rearrangements can in turn promote the viral replication. However, BKPyV strains with a wildtype (archetype) NCCR are the transmitted, persisting and reactivating strains. For investigation of the viral life cycle in cell culture in vitro, primary renal proximal tubule epithelial cells (RPTEC) are used as a model as the virus persists mainly in these cells. Up till now, no cell culture system is published with whom it is possible to propagate archetypal BKPyV strains in primary RPTEC with a stable NCCR. In this dissertation and preliminary work, such a system was established for analysis of the life cycle of archetypal BKPyV strains. It was used in this dissertation for comparison of the life cycle of two archetypal strains (WWM12 and WWT), a rearranged strain (Dunlop) and a potentially rearranged isolate (M401), as well as for testing of new drugs. By this comparison, a more efficient DNA replication as well as protein expression of the Dunlop strain could be detected. It could also be shown that both strains up-regulate the protein expression of the cyclin-dependent kinases CDK1 and CDK2 with a different efficiency. They are known to be key regulators of the cell cycle. A drug-mediated CDK1 inhibition had significant cytotoxic effects whereas the drugs Bexarotene and Fenretinide from the retinoid family exerted a strong suppression on replication of both strains. Furthermore, in effective concentrations they had only mild effects on cell growth. Additionally, a direct antiviral effect of Bexaroten could be carved out by gelshift analyses. It directly inhibits binding of the transcription factor AP-1 to binding sites in the NCCR of archetypal and rearranged BKPyV which potentially disturbs an important mechanism in the BKPyV life cycle.
Link to this record: urn:nbn:de:bsz:291--ds-284290
hdl:20.500.11880/28249
http://dx.doi.org/10.22028/D291-28429
Advisor: Römer, Klaus
Date of oral examination: 1-Oct-2019
Date of registration: 4-Nov-2019
Faculty: M - Medizinische Fakultät
Department: M - Infektionsmedizin
M - Innere Medizin
Professorship: 
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