アデノウイルスのリンパ球持続感染における遺伝子抑制機構とCtBPの新たな役割の解明

NAD-linked mechanisms of gene de-repression and a novel role for CtBP in persistent adenovirus infection of lymphocytes.

• Megan L Dickherber
• Charlie Garnett-Benson

抄録

背景:

アデノウイルス（AdV）感染症は、ヒト集団に遍在しており、呼吸器や消化管で急性感染症を引き起こす。上皮細胞での溶血感染に加えて、AdVは粘膜リンパ球に潜伏した状態で持続することができ、小児の80%近くが扁桃腺やアデノイドのリンパ球にウイルスDNAを含んでいます。潜伏型AdVの再活性化は、小児移植患者における致死的なウイルス症の原因と考えられています。リンパ球におけるアデノウイルスの潜伏および再活性化については、免疫細胞の活性化が潜伏から生産的な感染を促進することが報告されていますが、よく研究されていません。リンパ球の活性化は、代謝状態の強固な変化とともに、細胞遺伝子発現のグローバルな変化を誘導する。細胞内の遊離NAD/NADHの比率は、転写抑制複合体の調節を介して遺伝子発現に影響を与える。NAD依存性転写抑制因子C末端結合タンパク質（CtBP）は、AdV E1Aタンパク質との親和性が高いことから25年前に発見されたが、ウイルスのライフサイクルにおけるこの相互作用の役割は不明である。

BACKGROUND: Adenovirus (AdV) infection is ubiquitous in the human population and causes acute infection in the respiratory and gastrointestinal tracts. In addition to lytic infections in epithelial cells, AdV can persist in a latent form in mucosal lymphocytes, and nearly 80% of children contain viral DNA in the lymphocytes of their tonsils and adenoids. Reactivation of latent AdV is thought to be the source of deadly viremia in pediatric transplant patients. Adenovirus latency and reactivation in lymphocytes is not well studied, though immune cell activation has been reported to promote productive infection from latency. Lymphocyte activation induces global changes in cellular gene expression along with robust changes in metabolic state. The ratio of free cytosolic NAD/NADH can impact gene expression via modulation of transcriptional repressor complexes. The NAD-dependent transcriptional co-repressor C-terminal Binding Protein (CtBP) was discovered 25 years ago due to its high affinity binding to AdV E1A proteins, however, the role of this interaction in the viral life cycle remains unclear.

方法:

持続的に感染した細胞とリンパ球に感染した細胞の動態を評価する。リンパ球活性化、ニコチンアミドによる処理、または CtBP-E1A 結合の破壊後の AdV 遺伝子発現を RT-qPCR を用いて評価します。

METHODS: The dynamics of persistently- and lytically-infected cells are evaluated. RT-qPCR is used to evaluate AdV gene expression following lymphocyte activation, treatment with nicotinamide, or disruption of CtBP-E1A binding.

結果:

PMAおよびイオノマイシン刺激は、リンパ球細胞株におけるNAD/NADH比をシフトさせ、ウイルス遺伝子発現をアップレギュレートする。ニコチンアミド処理によるNAD/NADHの直接的な調節もまた、持続的に感染した細胞における初期および後期のウイルス転写物をアップレギュレートする。リンパ球と上皮細胞の間では、NAD依存性のCtBPタンパク質ホモログの発現に差があり、CtBP複合体の阻害はTリンパ球細胞株ではAdV E1Aの発現をアップレギュレートするが、細胞感染した上皮細胞ではアップレギュレートしないことを発見した。

RESULTS: PMA and ionomycin stimulation shifts the NAD/NADH ratio in lymphocytic cell lines and upregulates viral gene expression. Direct modulation of NAD/NADH by nicotinamide treatment also upregulates early and late viral transcripts in persistently-infected cells. We found differential expression of the NAD-dependent CtBP protein homologs between lymphocytes and epithelial cells, and inhibition of CtBP complexes upregulates AdV E1A expression in T lymphocyte cell lines but not in lytically-infected epithelial cells.

結論:

我々のデータは、活性化されたヒトリンパ球におけるAdV感染を制御する因子についての新たな知見を提供し、細胞内のNAD/NADHを調節することで、持続的に感染したリンパ球におけるアデノウイルス遺伝子発現を抑制できることを明らかにした。一方、NAD依存性のCtBPリプレッサー複合体とPxDLSを含む結合パートナーとの相互作用を阻害すると、逆説的にAdV遺伝子発現が変化することが明らかになった。また、ウイルス遺伝子発現に対するCtBPの活性は、細胞内のNAD/NADH比の代謝変化に伴うものと、リンパ球活性化後に起こるものとでは異なる可能性が示唆された。

CONCLUSIONS: Our data provide novel insight into factors that can regulate AdV infections in activated human lymphocytes and reveal that modulation of cellular NAD/NADH can de-repress adenovirus gene expression in persistently-infected lymphocytes. In contrast, disrupting the NAD-dependent CtBP repressor complex interaction with PxDLS-containing binding partners paradoxically alters AdV gene expression. Our findings also indicate that CtBP activities on viral gene expression may be distinct from those occurring upon metabolic alterations in cellular NAD/NADH ratios or those occurring after lymphocyte activation.