The activation of transcription of host fucosyltransferase genes during Herpes Simplex Virus infection is based on a common mechanism in fibroblasts and T-cells

Abstract

Herpes Simplex Virus type 1 (HSV-1) is a virus infecting over 90 % of the population. It causes latent infections in nerve cells and can upon reactivation travel along the neurons and cause lytic infections with painful blisters as a result. HSV-1 infects multiple cell types, fibroblasts and T-cells among others. During infection HSV-1 is known to downregulate the transcription of many of the genes in the host cell, while other genes instead are upregulated. The fucosyltransferase (FUT) genes FUT3, FUT5, and FUT6 are genes transcriptionally upregulated during the viral infection. The FUT-genes perform the last, rate limiting step in the synthesis of the selectin ligand sialyl Lewis X (sLeX) by adding a fucose to a carbohydrate chain on proteins or lipids in an alpha 1,3-linkage. The sLeX-expressing protein is then transported to the surface of the cell where it enables the cell to leave the circulation and reach its target tissue. This mechanism of directed movement is normally used by leukocytes among other, but in the case of HSV infected the virus may use infected T-cells to spread to other sites in the body.
The research group has previously shown that the drug Panepoxydone, targeting NFκB, inhibits transcription of the FUT genes in HSV-1 infected fibroblasts. We showed that the same inhibition can be seen in T-cells as well. However the use of a second drug targeting NFκB, NFκB activation inhibitor IV, indicated that NFκB may not be the primary mechanism of HSV-1 induction of FUT gene transcription. Inhibition of the second known target of Panepoxydone, FOXM1, by use of the drug Thiostrepton also failed to show the same inhibition of transcription of the FUT genes as Panepoxydone in HSV-1 infected fibroblasts and T-cells. Panepoxydone may however have other unknown effects which are involved in transcriptional regulation of FUT3, FUT5 and FUT6. As drugs may have off-target effects, the subunits of NFκB were blocked by the use of siRNA, which indicated that NFκB at least in part is involved in HSV-1 induction of the FUT genes.
Our results also suggest there is a common mechanism activating the FUT-genes in fibroblasts and T-cells infected with HSV-1, despite earlier studies showing that the activation is dependent on different viral components in the two cell types. We here demonstrate that this is partly dependent on NFκB, but that there likely are several pathways involved in the mutual regulation of FUT3, FUT5 and FUT6.

Popular Abstract (Swedish)

Hur påverkar Herpes Simplex Virus vilka gener som uttrycks i den infekterade cellen?

Herpes Simplex Virus har förmågan att ändra vilka gener som uttrycks i en infekterad cell. Detta gör att viruset får verktyg att ändra på proteinerna på den infekterade cellens yta. Vi har undersökt hur den lyckas med detta genom att blockera olika signalvägar och mäta hur mycket RNA av olika gener som producerats.

Herpes Simplex (HSV) är ett mycket vanligt virus som de flesta av oss någon gång har stött på. Infektion med viruset ger smärtsamma blåsor som kan vara svåra att bli av med. Eftersom viruset kan ligga vilande i nervcellerna och aktiveras igen när immunförsvaret är nedsatt, till exempel vid en förkylning, kommer ofta blåsorna tillbaka på samma ställe igen.

HSV infekterar många olika celltyper, till exempel fibroblaster och T-celler. I varje cell finns gener som kodar för RNA som i sin tur kodar för proteiner. Uttrycket av dessa gener kan variera, vilket leder till ändrad mängd av proteinet i cellen. På kromosom 19 finns tre gener som kodar för fukosyltansferas (FUT) nummer 3, 5 och 6. Deras funktion är att utföra den sista delen av produktionen av sockermolekylen sialyl Lewis X (sLeX). Proteinet som sLeX sitter på transporteras sedan till ytan av cellen där den binder bland annat till andra celler i blodkärlens väggar. Genom att bilda, och bryta, de här bindningarna kan då cellerna fastna på blodkärlets innervägg och sedan ta sig vidare ut i vävnaderna. HSV kan använda sig av det här sättet för att ta sig till nya delar av kroppen.

HSV påverkar vilka gener som uttrycks i cellen den har infekterat. I en cell infekterad med HSV är FUT3, FUT5 och FUT6 uppreglerade samtidigt, något som aldrig händer i normala fall. I detta arbete har vi försökt hitta vilken signalväg som viruset använder för att styra den här genregleringen.

Tre olika droger har använts för att blockera en signalväg i taget. Mängden RNA av de olika FUT-generna mättes sedan och jämfördes mellan oinfekterade celler och celler infekterade med HSV. Drogen Panepoxydone blockerar två olika signalvägar; NFκB och FOXM1. Här kunde vi se en tydlig nedreglering av mängden RNA i de HSV infekterade cellerna för alla FUT-gener, ju högre koncentration av Panepoxydone desto mindre RNA. Vi gick vidare med att använda drogen NFκB activation inhibitor IV som inhiberar endast NFκB. Här uteblev nedregleringen vilket antyder att NFκB inte är den signalväg som är använd av HSV. När FOXM1 var blockerat, med hjälp av drogen Thiostrepton, kunde vi inte heller se någon nedreglering och också denna signalväg kan uteslutas. Detta betyder att vi kan ha hittat en tidigare okänd signalväg, men mer jobb behöver göras för att kunna säga vilka proteiner som är inblandade i den.

Tidigare studier har visat att i olika celltyper är det olika delar av viruset som aktiverar uppregleringen. I fibroblaster är det RNA från viruset som startar processen, och i T-celler är det virusets proteiner. Vi ville därför testa att blockera signalvägarna både i fibroblaster och i T-celler för att se om vi kunde hitta någon skillnad mellan de två celltyperna. Förvånande nog reagerade de båda celltyperna väldigt lika. Panepoxydone gav en nedreglering av RNA i de HSV infekterade cellerna i både fibroblaster och T-celler, medan vi inte fick någon respons när vi inhiberade NFκB och FOXM1-signalvägarna. Detta tyder på att vi har hittat en mekanism som är gemensam för både T-celler och fibroblaster, trots att de aktiveras av olika delar av viruspartikeln.

Sammanfattningsvis har vi hittat en tidigare okänd signalväg som herpesviruset använder sig av för att kontrollera genuttrycket av fukosyltransferas 3,5 och 6, men mer jobb krävs för att man ska kunna identifiera proteinerna som ingår i den. Vi har också hittat en komplex gemensam mekanism för uppregleringen av FUT-generna i fibroblaster och T-celler. Om vi i framtiden lär oss blockera signalvägen kanske detta kan leda till att vi kan hitta en medicin som hindrar spridning av Herpes Simplex virus eller andra sjukdomar som använder sig av samma spridningssätt,.

Handledare: Kristina Nyström
Examensarbete för masterexamen i Molekylärbiologi 30 hp, 2015
Biologiska Institutionen, Lunds Universitet
Sahlgrenska Universitetssjukhuset, Göteborg

• author: Samuelsson, Ebba
• supervisor: Kristina Nyström
• organization: Degree Projects in Molecular Biology
• course: MOBM01 20152
• year: 2016
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Biology and Life Sciences
• language: English
• id: 8861165
• date added to LUP: 2016-03-16 15:07:13
• date last changed: 2016-03-16 15:07:13