Role of CTCF in HPV replication and viral DNA looping

CTCF 在 HPV 复制和病毒 DNA 循环中的作用

基本信息

  • 批准号:
    9094415
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-07-01 至 2018-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): Human papillomaviruses (HPV) are the causative agents of cervical, anal and many oral cancers. While prophylactic vaccines to prevent HPV infections have been developed, there is no effective treatment for existing HPV lesions. It is therefore of critical importance to understand how the productive life cycle of high-risk HPVs is regulated to identify potential new therapeutic targets. HPVs infect stratified squamous epithelia and link their productive life cycles to the differentiation of the infected cell. Vegetative genom replication, late gene expression, and virion assembly are restricted to the nuclei of highly differentiated cells present in the uppermost epithelial layers. When HPV infected cells migrate from the basal layer, they become arrested in G1 and are induced to re-enter S/G2 phases in the most differentiated layers to allow for vegetative viral DNA replication in a process referred to as amplification. My laboratory recently demonstrated that the cohesin protein, SMC1 and the insulator transcription factor, CTCF, as critical regulators of the HPV life cycle. The cohesin protein, SMC1, is necessary for sister chromatid association prior to mitosis. In addition the phosphorylated form of SMC1 plays a critical role in the NBS1/BRCA1 dependent arm of the ATM response. In HPV positive cells SMC1 is constitutively phosphorylated and localized to distinct nuclear foci in complexes with γ-H2AX, as well as CHK2 and are bound to HPV DNA. Importantly, knockdown of SMC1 blocks differentiation-dependent genome amplification. pSMC1 also forms complexes with the insulator transcription factor CTCF and our studies show that it binds to conserved sequence motifs in the L2 late region of HPV 31. Similar motifs are found in most HPV types. Knockdown of CTCF with shRNAs blocks genome amplification and mutation of the CTCF binding motifs in the L2 ORF inhibits stable maintenance of viral episomes in undifferentiated cells as well as amplification of genomes upon differentiation. These findings suggest a model in which SMC1 factors are constitutively activated in HPV positive cells and recruited to viral genomes through complex formation with CTCF that regulate viral replication. CTCF complexes mediate insulator function by blocking adjacent enhancer function and CTCF complexes bound to HPV genomes also act as insulator elements that shield cryptic viral promoters from activation by the HPV enhancer element in the URR. CTCF acts to organize chromatin loops that regulate transcription, splicing, replication and recombination. This application focuses on understanding the role of CTCF in mediating stable maintenance of HPV episomes in undifferentiated cells, chromatin organization of viral DNAs and the inter- as well as intramolecular looping of viral DNAs. This is a new area of study for human papillomaviruses that I believe will help us understand the role of supramolecular structures of viral DNAs in the viral life cycle. Aim 1: What is the role of CTCF sites in HPV replication and gene expression? Aim 2: Does HPV form inter or intramolecular DNA loops through CTCF interactions?
 描述(由申请人提供): 人乳头瘤病毒 (HPV) 是宫颈癌、肛门癌和许多口腔癌的病原体,尽管已经开发出预防 HPV 感染的预防性疫苗,但目前还没有针对现有 HPV 病变的有效治疗方法。了解如何调节高危 HPV 的生产生命周期以识别潜在的新治疗靶标至关重要,并将其与生产生命周期联系起来。受感染细胞的营养基因组复制、晚期基因表达和病毒粒子组装仅限于最上上皮层中存在的高度分化细胞的细胞核。当 HPV 感染的细胞从基底层迁移时,它们会停滞在 G1 期。诱导在最分化的层中重新进入 S/G2 阶段,以允许在称为扩增的过程中进行营养病毒 DNA 复制。我的实验室最近证明了粘连蛋白、SMC1 和绝缘体。转录因子 CTCF 作为 HPV 生命周期的关键调节因子 粘连蛋白 SMC1 对于有丝分裂前的姐妹染色单体关联是必需的,此外,SMC1 的磷酸化形式在 NBS1/BRCA1 依赖臂中发挥着关键作用。 ATM 反应在 HPV 阳性细胞中,SMC1 被组成性磷酸化,并定位于与 γ-H2AX 以及 CHK2 形成的复合物中的不同核灶。重要的是,SMC1 的敲除会阻止分化依赖性基因组扩增,并且我们的研究表明它与 HPV 31 的 L2 晚期区域中的保守序列基序结合。基序存在于大多数 HPV 类型中,用 shRNA 敲除 CTCF 会阻止基因组扩增,而 L2 ORF 中 CTCF 结合基序的突变会抑制病毒的稳定维持。这些发现表明,SMC1 因子在 HPV 阳性细胞中被组成型激活,并通过与 CTCF 形成复合物而募集到病毒基因组中,从而调节病毒复制。阻断邻近的增强子功能和与 HPV 基因组结合的 CTCF 复合物也充当绝缘子元件,保护隐性病毒启动子免受 URR 中 HPV 增强子元件的激活。发挥组织染色质环的作用,调节转录、剪接、复制和重组。本应用重点了解 CTCF 在介导未分化细胞中 HPV 附加体的稳定维持、病毒 DNA 的染色质组织以及分子间和分子内环化方面的作用。这是人类乳头瘤病毒的一个新研究领域,我相信这将有助于我们了解病毒 DNA 的超分子结构在病毒生命周期中的作用。 1:CTCF 位点在 HPV 复制和基因表达中起什么作用? 目标 2:HPV 是否通过 CTCF 相互作用形成分子间或分子内 DNA 环?

项目成果

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