O-linked N-Acetylglucosaminylation of Sp1 Inhibits the Human Immunodeficiency Virus Type-1 Promoter
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Human immunodeficiency virus-1 (HIV-1) gene expression and replication is regulated by the promoter/enhancer located in the U3 region of the proviral 5’-long terminal repeat (LTR). The binding of cellular transcription factors to specific regulatory sites in the 5’-LTR is a key event in the replication cycle of HIV-1. Since transcriptional activity is regulated by the posttranslational modification of transcription factors with the monosaccharide O-linked N-acetyl-D-glucosamine (O-GlcNAc), this study aimed to evaluate whether increased O-GlcNAcylation affects HIV-1 transcription. In the present study it is demonstrated that treatment of HIV-1-infected lymphocytes with the O-GlcNAcylation-enhancing agent glucosamine (GlcN) repressed viral transcription in a dose-dependent manner. Overexpression of O-GlcNAc transferase (OGT), the sole known enzyme catalyzing the addition of O-GlcNAc to proteins, specifically inhibited the activity of the HIV-1 LTR promoter in different T cell lines and in primary CD4+ T lymphocytes. Inhibition of HIV-1 LTR activity in infected T cells was most efficient (>95%) when OGT was recombinantly overexpressed prior to infection. O-GlcNAcylation of the transcription factor Sp1 and the presence of Sp1-binding sites in the LTR were found to be crucial for this inhibitory effect. This study led to the conclusion that O-GlcNAcylation of Sp1 inhibits the activity of the HIV-1 LTR promoter. Modulation of Sp1 O-GlcNAcylation may play a role in the regulation of HIV-1 latency and activation, and links viral replication to the glucose metabolism of the host cell. Hence, the establishment of a metabolic treatment might supplement the repertoire of antiretroviral therapies against AIDS.
Abstract
Die Expression und Replikation des Humanen Immundefizienz-Virus Typ 1 (HIV-1) wird von den Promotor- und Enhancer-Elementen kontrolliert, die sich in der U3 Region des proviralen 5’-long terminal repeat (LTR) befinden. Die Bindung zellulärer Transkriptionsfaktoren an spezifische cis-aktive regulatorische Sequenzelemente im 5’-LTR stellt einen wesentlichen Regulationsmechanismus des Replikationszyklus von HIV-1 dar. Transkriptionsvorgänge werden häufig durch die posttranslationale Modifikationen von Transkriptionsfaktoren mit dem O-gekoppelten Monosaccharid N-Acetyl-D-Glukosamin (O-GlcNAc) reguliert. Daher wurde untersucht, ob eine erhöhte O-GlcNAcylierung die HIV-1 Transkription beeinflusst. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Stimulierung von HIV-1-infizierten Lymphozyten mit Glukosamin, einer Substanz, welche die O-GlcNAcylierung erhöht, die retrovirale Transkription in einer dosisabhängigen Weise inhibiert. Überexpression des Enzyms O-GlcNAc-Transferase (OGT), das einzig bekannte Enzym, welches die O-GlcNAcylierung katalysiert, hemmte spezifisch die Aktivität des HIV-1-LTR-Promotors in verschiedenen T-Zelllinien und in primären CD4+ T-Lymphozyten. Die Hemmung der HIV-1-LTR-Aktivität in infizierten T-Zellen war am stärksten (>95%), wenn OGT bereits vor der Infektion rekombinant überexprimiert wurde. Die O-GlcNAcylierung des Transkriptionsfaktors Sp1 und die Anwesenheit von Sp1-Bindestellen im HIV-1 LTR waren essenziell für diesen hemmenden Effekt. Die Ergebnisse dieser Arbeit machen deutlich, dass die O-GlcNAcylierung von Sp1 die Aktivität des HIV-1-LTR inhibiert. Die Modulation der O-GlcNAcylierung von Sp1 könnte daher eine wichtige Rolle in der Regulierung der HIV-1-Latenz und -Aktivierung spielen. Weiterhin zeigte diese Arbeit eine Verbindung zwischen der viralen Replikation und dem Glukose Metabolismus der Wirtszelle. Daher könnte die Etablierung einer metabolischen Behandlung das Repertoire antiretroviraler Therapien ergänzen.
Citation
O-linked N-acetylglucosaminylation of Sp1 inhibits the human immunodeficiency virus type 1 promoter, 2009, Journal of Virology, Volume 83(8), pages 3704-18