Ziel dieser Arbeit war es, diese Mechanismen am Beispiel des humanen Coronavirus 229E (HCoV-229E) systematisch auf den Ebenen der Transkription, der Translation und der posttranslationalen Modifikationen an Proteinen zu charakterisieren. Initial wurden mehrere vergleichende microarray Experimente in A549 Lungenkarzinomzellen und HuH7 Leberkarzinomzellen durchgeführt, um zeitabhängige, replikationsabhängige und Zelllinien unabhängige Veränderungen in infizierten Zellen zu determinieren. Diese Analysen umfassten Experimente, in denen infizierte Zellen von nicht infizierten Zellen über Lasermikrodissektion separiert wurden. Overrepresentation analysis (ORA) und genes set enrichment analysis (GSEA) zeigten, dass innerhalb der Gruppe der deregulierten Gene verschiedene Signalwege angereichert sind. Die am stärksten angereicherten Signalwege umfassen den Stress Signalweg des endoplasmatischen Retikulums (ER), den nuclear factor &
#954;-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-&
#954;B) Signalweg, sowie Gene der mitochondrialen Atmungskette. Bei einem Vergleich von HCoV-229E und Interleukin-1 (IL-1) induzierte Genexpressionsänderungen, konnten inflammatorische Mediatoren als charakteristische Zielgene für beide Bedingungen identifiziert werden. Der deutlich größere Teil der HCoV-229E regulierten Gene zeigte keine Überlappung mit einer IL-1 Stimulation, was impliziert, dass die virale Infektion eine breitere Wirtszellantwort induziert als das prototypische proinflammatorische IL-1. Loss of function Experimente zeigten, dass die NF-&
#954;B Untereinheit p65 und TNFAIP3 (beides Komponenten des NF-&
#954;B Signalweges) essentielle Wirtsfaktoren für die viral vermittelte Expressionsinduktion von NF-&
#954;B Zielgenen (wie IL8 und CXCL2) sind. Interessanterweise unterstützen beide Faktoren auch die optimale virale Replikation, da deren knockdowns die virale Transkription hemmen. Der TNFAIP3 knockdown hemmt außerdem die Translation des viralen nucleocapsid (N) Proteins.Im zweiten Teil der Arbeit wurde die viral induzierte Wirtsantwort auf den Ebenen des Proteoms und der posttranslationalen Modifikationen mittels markierungsfreier Massenspektrometrie charakterisiert.Die Analyse offenbarte, dass mehrere virale Proteine Ziel von zum Teil kombinierten Acetylierungen, Phosphorylierungen und Ubiquitinierungen sind. Mit neu generierten phosphorylierungsspezifischen Antikörpern und zellpermeablen Proteinkinaseinhibitoren wurde gezeigt, dass zwei Phosphorylierungen am viralen N Protein von eine Kinase des ER Stress Signalweges (PERK) und von einer MAP Kinase (JNK) reguliert werden. Die Inhibition beider Kinasen führte außerdem zu verringerten viralen Titern. Auf Seiten des Wirtsproteoms wurden mehrere tausend Peptide identifiziert, die Acetylierung, Phosphorylierungen und Ubiquitinierungen tragen. Von diesen wurde ein signifikanter Teil HCoV-229E abhängig differentiell reguliert. Die bioinformatische Analyse dieser Daten offenbarte eine Vielzahl von zellulären Strukturen und Prozessen, die von der Infektion auf Proteinebene beeinflusst werden. Dazu zählen unter anderen die Kernpore sowie Proteine, die an der Acetylierung von Histonen oder an der Übertragung von Ubiquitinketten beteiligt sind. Außerdem konnten mehrere regulierte posttranslationale Modifikationen an Proteinen nachgewiesen werden, die in processing (P)-bodies lokalisiert sind. Funktionelle Experimente zeigten, dass sich P-bodies im Verlauf der Infektion auflösen. Um dieses Phänomen zu charakterisieren, wurde eine reprimierte Phosphorylierung an EDC4 experimentell bestätigt und über phosphorylierungsspezifische Antikörper und EDC4 Mutanten untersucht. Die ektopische Expression einer phosphomimetischen EDC4 Mutante beeinflusste die virale Replikation nicht. Im Gegensatz dazu führte der EDC4 knockdown zu einer schwachen Hemmung der viralen N Protein Synthese. Darüber hinaus konnte die N Protein Synthese durch den knockdown der P-body Komponente DCP1a zelltypspezifisch verstärkt oder gehemmt werden. Diese Daten belegen eine bisher unbekannte Beteiligung von P-body Proteinen an der HCoV-229E Replikation. Weitere mechanistische Untersuchungen des DCP1a Proteins zeigten, dass dieses konstitutiv über den TRAF6 Signalweg ubiquitiniert wird.Zusammengefasst wurde in dieser Arbeit einer der systematischsten und umfassendsten bisher zur Verfügung stehenden Datensätze zur zellulären Reaktionen auf eine Coronavirus Infektion generiert. Diese Hochdurchsatz-Datensätze stellen eine Grundlage für weiterführende Analysen der tiefgreifenden Effekte einer HCoV-229E Infektion auf das Wirtszelltranskriptom und -proteom dar. Mechanistische Experimente zur Untersuchung des ER Stress Signalweges, des NF-&
#954;B Signalweges und des decapping/P-body Signalweges unterstreichen die Relevanz diese essentiellen Wirtszellsignalwege sowohl für die virale Replikation, als auch für die inflammatorische und metabolische Wirtsantwort.
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