HSV-1はICP4を介したATMの活性化を介して角膜上皮細胞における宿主DNA損傷応答をハイジャックする

HSV-1 Hijacks the Host DNA Damage Response in Corneal Epithelial Cells through ICP4-Mediated Activation of ATM.

• Oleg Alekseev
• William E Donegan
• Kelly R Donovan
• Vladimir Limonnik
• Jane Azizkhan-Clifford

抄録

目的:

単純ヘルペスウイルス I 型（HSV-1）の角膜上皮細胞への感染は，宿主の DNA 損傷応答経路におけるアピカルキナーゼである失調毛細血管拡張症変異体（ATM）を活性化し，その活性は溶連性の HSV-1 感染の進行に必要である．本研究の目的は、角膜上皮におけるHSV-1によるATM活性化のメカニズムとその機能的意義を調べることである。

Purpose: Herpes simplex virus type I (HSV-1) infection of corneal epithelial cells activates ataxia telangiectasia mutated (ATM), an apical kinase in the host DNA damage response pathway, whose activity is necessary for the progression of lytic HSV-1 infection. The purpose of this study is to investigate the mechanism of ATM activation by HSV-1 in the corneal epithelium, as well as its functional significance.

方法:

培養ヒト角膜上皮細胞株（hTCEpi, HCE）、食道細胞株（EPC2）、口腔細胞株（OKF6）を用いて、メカニズム研究を行った。トランスフェクションに基づく実験は、HEK293細胞で行った。HSV-1感染は、野生型KOS株、種々の変異株（tsB7、d120、7134、i13、n208）、および細菌人工染色体（fHSVΔpac、pM24）を用いて実施した。ATMの阻害剤（KU-55933）、タンパク質合成の阻害剤（シクロヘキシミド）、ウイルスDNA複製の阻害剤（ホスホノ酢酸）を使用した。感染のアウトカムは、ウエスタンブロッティング、qRT-PCR、免疫蛍光およびコメットアッセイを用いてアッセイした。

Methods: Mechanistic studies were performed in cultured human corneal epithelial cell lines (hTCEpi, HCE), as well as in esophageal (EPC2) and oral (OKF6) cell lines. Transfection-based experiments were performed in HEK293 cells. HSV-1 infection was carried out using the wild-type KOS strain, various mutant strains (tsB7, d120, 7134, i13, n208), and bacterial artificial chromosomes (fHSVΔpac, pM24). Inhibitors of ATM (KU-55933), protein synthesis (cycloheximide), and viral DNA replication (phosphonoacetic acid) were used. Outcomes of infection were assayed using Western blotting, qRT-PCR, immunofluorescence, and comet assay.

結果:

本研究は、角膜上皮細胞におけるHSV-1媒介ATM活性化が、ウイルス即時初期遺伝子産物ICP4に依存し、宿主核内のウイルスゲノムの存在を必要とすることを示している。我々は、ATM活性化がウイルスゲノム複製、ICP0タンパク質、およびDNA病変の存在とは独立していることを示した。興味深いことに、ATM活性化は感染初期には必要であるが、感染後期には不要であることが明らかになった。

Results: This study demonstrates that HSV-1-mediated ATM activation in corneal epithelial cells relies on the viral immediate early gene product ICP4 and requires the presence of the viral genome in the host nucleus. We show that ATM activation is independent of viral genome replication, the ICP0 protein, and the presence of DNA lesions. Interestingly, ATM activity appears to be necessary at the onset of infection, but dispensable at the later stages.

結論:

本研究は，角膜上皮における HSV-1 ウイルスと宿主の相互作用についての理解を深めるとともに，角膜ヘルペス炎における将来の研究と治療介入の可能性を明らかにするものである．

Conclusions: This study expands our understanding of HSV-1 virus-host interactions in the corneal epithelium and identifies potential areas of future investigation and therapeutic intervention in herpes keratitis.