Wege und Kinetik der Foamyvirus Aufnahme und des Glykoprotein-vermittelten Fusionsprozesses

• Antragsteller: Professor Dr. Don C. Lamb; Professor Dr. Dirk Lindemann
• Fachliche Zuordnung: Virologie ; Biochemie ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264854711

Lipidmembran-umhüllte Viren entwickelten ausgeklügelte Strategien um ihre genetische Information in Wirtszellen, auf die sie für ihre Vermehrung angewiesen sind, einzuschleusen. Membranen der Zelloberfläche oder interner Organellen sind Hindernisse, die dabei zu überwinden sind. Membranständige virale Glykoproteine werden dabei benutzt, um genomhaltigen Virus Kapsiden durch Fusion viraler und zellulärer Membranen Zugang zum zellulären Zytoplasma zu ermöglichen. Übergeordnetes Ziel des Antrags ist, durch Verwendung von Foamyviren (FV) als Modellsystem, Einblicke in die Eintrittsmechanismen umhüllter Viren, insbesondere von Retroviren, zu gewinnen. FV gehören zu den ältesten Retroviren, haben sich mit ihren Wirten koevolutionär entwickelt und sind endemisch in fast allen nicht-menschlichen Primaten, Katzen, Rindern und Pferden. Ihre scheinbare Apathogenität in natürlichen Wirten und zoonotisch infizierten Menschen ist ein Markenzeichen von FV, die vielversprechendes Potential als Vehikel für gentherapeutische Behandlungsstrategien besitzen. Durch Entwicklung Fluoreszenz-markierter, infektiöser FV Partikel konnten wir die virale Replikation und das Schicksals einzelner Viruspartikel mittels Zeitraffer-Mikroskopietechniken in lebenden Zellen analysieren. Damit konnten wir zeigen, dass FV vornehmlich über Endozytosemechanismen in Wirtszellen eindringen, ihr Genom zellzyklus-abhängig Zugang zum Zellkern erhält, und sie Wirtszell-Mitose benötigen, um dieses in zelluläres Chromatin zu integrieren. Auch wurden Methoden entwickelt, um einzelne fluoreszierende Viruspartikel in lebenden Zellen zu verfolgen. Damit konnten wir Freisetzung von Kapsiden in das Zytoplasma durch produktive Fusionsereignisse dokumentieren. Bemerkenswert war dabei die Beobachtung eines bisher nicht beschriebenen Zwischenschrittes (Tethering-State) der Virusaufnahme. Dieser ist durch einen vergrößerten Abstand zwischen Kapsid und Hülle vor der endgültigen Trennung und des unabhängigen intrazellulären Transports beider Strukturen gekennzeichnet. Fokus dieses Antrags ist es mit Hilfe von genetischen, biochemischen und bildgebenden Techniken weitere Details der initialen Schritte der Aufnahme von FV in Wirtszellen zu entschlüsseln, mit einem besonderen Augenmerk auf den Fusionsprozess. Dafür werden neue virale Werkzeuge entwickelt, die eine quantitative und bildgestützte Analyse bereits charakterisierter Fusionszwischenschritte anderer Virussysteme, die zur Mischung von viralen und zellulären Lipiden oder Austausch kleiner Moleküle zwischen Virus und Zytoplasma vor Freisetzung des Kapsids führen, erlauben. Mit diesen und bereits etablierten Techniken zur Verfolgung einzelner fluoreszierender Viruspartikel werden die Aufnahmewege von FV, einschließlich der Identifizierung der daran beteiligten endozytotischen Prozesse, näher charakterisiert, die Kinetik und Reihenfolge der einzelnen Schritte der Aufnahme bestimmt, sowie ihre Abhängigkeit von bestimmten viralen Komponenten analysiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen