The role of TRIM proteins in retrovirus and retroelement restriction

dc.contributorBurkovski, Andreas
dc.contributorBurkovski, Andreas
dc.contributor.advisorGramberg, Thomas
dc.contributor.authorVolkmann, Bianca
dc.date.accessioned2020-08-17
dc.date.available2020-08-10
dc.date.created2020
dc.date.issued2020-08-17
dc.description.abstractMembers of the TRIM protein family are involved in various cellular processes and represent a central component of the antiviral innate immunity. Besides the modulation of immune sensing and signaling, the functions of TRIM proteins also include the direct interaction with viruses and the regulation of proteasomal and autophagic degradation processes. While the list of targeted viral and cellular proteins is constantly growing, the diversity of restriction mechanisms by TRIM proteins is expanding as well. The first part of this study analyzes the antiretroviral effect of TRIM19 / PML, which is the main component of PML nuclear bodies. The results demonstrate the antiviral activity of TRIM19 during HIV-1 infection in a cell type-dependent manner and reveal a temporary shuttling of TRIM19 to the cytoplasm during early steps of the retroviral replication. In the second part of the thesis, LINE-1 elements were identified as new targets for TRIM proteins. LINE-1 is the only autonomously active retroelement within the human genome and contributes to genome evolution and genomic instability. Recent studies have demonstrated that various host factors of innate immunity restrict both retroviruses and retrotransposons. Thus, this study focuses on the restriction of LINE-1 elements by the retroviral restriction factor TRIM5α. Overexpression of TRIM5α potently reduced the retrotransposition activity of LINE-GFP reporter constructs, while the knockdown of TRIM5α clearly increased retrotransposition rates. Digital droplet PCR analysis confirmed the reduction of novel LINE-1 integrates on the genomic level. The restriction of LINE-1 elements was conserved among rhesus and human TRIM5α proteins. In contrast, LINE-1 restriction was specific for human TRIM5α among closely related TRIM proteins. The detailed analysis of the LINE-1 restriction by TRIM5α revealed a multi-step restriction mechanism, initiated by the direct interaction of TRIM5α and LINE-1 ribonucleoprotein particles in the cytoplasm. In addition, TRIM5α stimulated AP-1 and NF-κB immune signaling pathways in the presence of LINE-1, which in turn induces the repression of LINE-1 promoter activity. Conclusively, this study substantiates the role of TRIM5α as a cellular pattern recognition sensor and demonstrates its so far undescribed contribution to genome stability. In addition to retroviral restriction, the restriction of LINE-1 elements demonstrates an emerging role of TRIM proteins in innate immunity.en
dc.description.abstractProteine der TRIM Familie sind an verschiedensten zellulären Prozessen beteiligt und ein entscheidender Bestandteil der angeborenen Immunität. Neben der Immunerkennung und der Modulierung von Immunsignalkaskaden schließen die Funktionen von TRIM Proteinen auch die direkte Interaktion mit Viren und die Regulierung von proteasomalen und autophagischen Abbauprozessen ein. Während sich die Liste an viralen und zellulären Zielproteinen stetig verlängert, erweitert sich auch die Vielfalt der Restriktionsmechanismen von TRIM Proteinen. Der erste Teil der vorliegenden Arbeit befasst sich mit dem antiretroviralen Effekt von TRIM19 / PML, dem Hauptbestandteil von PML-NBs. Die Ergebnisse belegen die antivirale Aktivität von TRIM19 während der HIV-1 Infektion in Abhängigkeit vom Zelltyp. Außerdem konnte eine temporäre Relokalisation von TRIM19 aus dem Nukleus in das Cytoplasma während der frühen Phase der retroviralen Replikation gezeigt werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurden LINE-1 Retroelemente als neue Zielproteine von TRIM Proteinen identifiziert. LINE-1 Elemente sind die einzigen aktiven Retroelemente im humanen Genom, die eigenständig replizieren und daher zur Evolution aber auch zur Instabilität des Genoms beitragen. Aktuelle Studien haben gezeigt, dass verschiedenste Restriktionsfaktoren der angeborenen Immunität sowohl Retroviren als auch Retroelemente inhibieren. Daher stellt die vorliegende Arbeit die Restriktion von LINE-1 Elementen durch den retroviralen Restriktionsfaktor TRIM5α in den Mittelpunkt. Die Überexpression von TRIM5α reduzierte die Aktivität von LINE-GFP Reporterkonstrukten deutlich. Hingegen steigerte der Knockdown von TRIM5α die Retrotransposition erheblich. Die digital droplet PCR Analyse bestätigte die Reduktion der LINE-1 Integration auf der genomischen Ebene. Die Restriktion von LINE-1 Elementen war konserviert für TRIM5α Proteine von Menschen und Rhesusaffen. Im Gegensatz dazu war die LINE-1 Restriktion spezifisch für TRIM5α innerhalb eng verwandter TRIM Proteine. Die detaillierte Analyse beschreibt einen mehrstufigen Restriktions-mechanismus, der durch die direkte Interaktion von TRIM5α mit LINE-1 RNPs ausgelöst wird. Darüber hinaus aktivierte TRIM5α in Gegenwart von LINE-1 die AP-1 und NF-κB Immunsignalkaskaden, welche zu einer Hemmung der LINE-1 Promoteraktivität führen. Abschließend verdeutlicht diese Arbeit die Rolle von TRIM5α als zellulären Immunsensor und belegt die bisher unbeschriebene Beteiligung an der Erhaltung des Genoms. Neben der retroviralen Restriktion, belegt die Restriktion von LINE-1 Elementen die zunehmende Bedeutung von TRIM Proteinen in der angeborenen Immunität.de
dc.identifier.opus-id14325
dc.identifier.urihttps://open.fau.de/handle/openfau/14325
dc.identifier.urnurn:nbn:de:bvb:29-opus4-143251
dc.language.isoen
dc.rights.urihttp://www.gesetze-im-internet.de/urhg/index.html
dc.subjectHIV-1
dc.subjectLINE-1
dc.subjectTRIM19
dc.subjectTRIM5alpha
dc.subjectInnate immune sensing
dc.subjectRestriction factor
dc.subject.ddcDDC Classification::5 Naturwissenschaften und Mathematik :: 57 Biowissenschaften; Biologie :: 570 Biowissenschaften; Biologie
dc.titleThe role of TRIM proteins in retrovirus and retroelement restrictionen
dc.titleDie Bedeutung von TRIM Proteinen in der Restriktion von Retroviren und Retroelementende
dc.typedoctoralthesis
dcterms.publisherFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
local.date.accepted2020-07-20
local.sendToDnbfree*
local.subject.fakultaetNaturwissenschaftliche Fakultät
local.thesis.grantorFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) Naturwissenschaftliche Fakultät
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