SUMOylationはAAVカプシドを標的とするが、主に細胞機構による伝達を制限する

SUMOylation targets AAV capsids but mainly restricts transduction by cellular mechanisms.

• Qingxin Chen
• Robin Njenga
• Barbara Leuchs
• Susanna Chiocca
• Jürgen Kleinschmidt
• Martin Müller

抄録

アデノ随伴ウイルス（AAV）は、その非病原性、産生の容易さ、および広範な組織トロピズムのために、遺伝子治療の有望な候補であることが証明されている。しかし、細胞内の様々な宿主因子との相互作用により、その伝達能力は最適ではありません。これまでの研究で、我々はAAV遺伝子導入における重要な制限因子としてSmall Ubiquitin-like Modifier (SUMO)経路のメンバーを同定した。本研究では、AAV のキャプシドと宿主細胞のタンパク質を標的として、この制限の範囲を探った。我々は、ベクター生産の際に、キャプシドタンパク質VP2が、VP2の欠失や点突然変異、あるいはタグの付加によるN末端の閉塞によって、SUMOylatedになることを示した。我々は、SUMOyl化されたAAVキャプシドが、非SUMOyl化されたキャプシドと比較して高い安定性を示すことを観察した。VP2変異によるキャプシドのSUMOyl化の防止は、SUMOyl化による遺伝子導入制限を廃止するものではなかったが、細胞内のSUMOyl化経路を遮断することで遺伝子導入の活性化を減少させることがわかった。このことは、遺伝子導入制限におけるキャプシドのSUMOylationと細胞タンパク質のSUMOylationとの関連性を示唆している。AAVによる感染は、細胞タンパク質の一般的なSUMOylationを誘発する。特に、SUMOyl化され得る宿主細胞制限因子と考えられるDAXXタンパク質は、AAVベクターの細胞内蓄積を減少させることにより、AAV遺伝子導入を制限することができる。細胞内の宿主因子は、アデノ随伴ウイルス（AAV）の制限の主要なモードであり、遺伝子治療ベクターとしての最大の可能性を満たすことからそれを維持しています。細胞内の宿主因子は、アデノ随伴ウイルス（AAV）の制限の主要なモードであり、遺伝子治療ベクターとしての可能性を最大限に引き出すことができません。私たちは、ゲノムワイドなsiRNAスクリーニングにより、小ユビキチン様修飾因子（SUMO）経路のタンパク質がAAVの制限に重要な役割を果たしていることを明らかにしました。本研究では、この制限がAAVウイルスを直接標的とするのか、宿主細胞因子を介して間接的に標的とするのかを調べる。その結果、両方の標的が協調してAAVを制限するように作用することが示された。

Adeno-associated virus (AAV) has proven to be a promising candidate for gene therapy, due to its non-pathogenic nature, ease of production and broad tissue tropism. However, its transduction capabilities are not optimal due to the interaction with various host factors within the cell. In a previous study, we identified members of the Small Ubiquitin-like Modifier (SUMO) pathway as significant restriction factors in AAV gene transduction. In the present study we explored the scope of this restriction by focusing on the AAV capsid and host cell proteins as targets. We show that during vector production, the capsid protein VP2 becomes SUMOylated as indicated by deletion and point mutations of VP2 or the obstruction of its N-terminus via the addition of a tag. We observed that SUMOylated AAV capsids display higher stability compared to non-SUMOylated capsids. Prevention of capsid SUMOylation by VP2 mutations did not abolish transduction restriction by SUMOylation, however, it reduced activation of gene transduction by shut down of the cellular SUMOylation pathway. This indicates a link between capsid SUMOylation and SUMOylation of cellular proteins in restricting gene transduction. Infection with AAV triggers general SUMOylation of cellular proteins. In particular, the DAXX protein, a putative host cell restriction factor, that can become SUMOylated, is able to restrict AAV gene transduction by reducing the intracellular accumulation of AAV vectors. We also observe that the co-expression of a SUMOylation inhibitor with an AAV2 reporter gene vector increased gene transduction significantly.Host factors within the cell are the major mode of restriction of Adeno-associated virus (AAV) and keep it from fulfilling its maximum potential as a gene therapy vector. A better understanding of the intricacies of restriction would enable the engineering of better vectors. Via a genome-wide siRNA screen, we identified that proteins of the Small Ubiquitin-like Modifier (SUMO) pathway play an important role in AAV restriction. In this study, we investigate whether this restriction is targeted to the AAV virus directly or indirectly through host cell factors. The results indicate that both targets act in concert to restrict AAV.

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