Strukturelle Einblicke in die Funktionalität des Terminase-Proteins pUL89, eine Untereinheit des Nanomotors des humanen Cytomegalievirus (HCMV).
Creators: name: Theiß, Janine
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2020
Subjects: subject: DNA-Verpackung
subject: Humanes Cytomegalievirus
subject: Terminase-Komplex
subject: DNA-Bindung
subject: Nuklease
subject: human cytomegalovirus
subject: terminase
subject: DNA packaging
subject: DNA binding
subject: nuclease
subject: 610 Medizin und Gesundheit
subject: WF 4250

description: 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.
description: 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.