Dreidimensionale Einzelmolekülverfolgung von Herpesviren zur Untersuchung ihrer Zellausschleusung und des Zusammenbaus ihrer Tegumentschicht

• Antragstellerin: Dr. Katharina Maria Scherer
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Virologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317830695

Herpesviren gehören zu den komplexesten und größten der klinisch relevanten Viren. Herpesviren sind in Säugetieren und Menschen weit verbreitetund und bewirken lebenslange Infektionen in ihrem Wirt. Infektionen durch die neun bekannten menschlichen Herpesviren stehen in Zusammenhang mit vielen ernsthaften Erkrankungen. Obwohl zahlreiche Studien zu dem Replikationszyklus von Herpesviren existieren, ist nicht viel über die späteren Stadien des Infektionszyklus - den Zusammenbau der Viruspartikel und ihre Schleusung aus der Zelle - bekannt. Das akzeptierte Modell stützt sich größtenteils auf elektronenmikroskopische Aufnahmen. Ein Problem der Elektronenmikroskopie ist jedoch ihre Beschränkung auf fixierte Proben und nicht-dynamische Zustände. Das Ziel dieses Projektes ist es, mittels Einzelmolekülverfolgung von fluoreszenten Viruspartikeln in Realzeit und drei Dimensionen innerhalb lebender Zellen neue Einblicke in den Zusammenbau und die Zellausschleusung der Herpesviren zu gewinnen. Die Einzelmolekülverfolgung ist eine Mikroskopietechnik, die es ermöglicht, die Dynamik innerhalb heterogener Systeme wie Zellen zu studieren. Jedes Partikel wird mit einer Auflösung unterhalb der Beugungsgrenze lokalisiert und die individuelle anstatt der durchschnittlichen Mobilität gemessen. Verglichen mit vorherigen Studien wird die aktive Verfolgung in 3D deutlich längere Trajektorien liefern und wird es uns erlauben, zum ersten Mal dem Pfad der Viruspartikel auf Zeitskalen von vielen Sekunden oder sogar Minuten zu folgen. Diese neuen Informationen werden wir für eine statistische Analyse von komplexen Mobilitätsmustern, die Identifizierung von Verweildauern in bestimmten Mobilitätszuständen und den Vergleich von individuellem zu durchschnittlichem Verhalten verwenden. Im Kontext der zellulären Kompartimente wird es uns die 3D-Einzelmolekülverfolgung erlauben, Details der Virus-Zellinteraktion während z. B. der Schleusung der Viruspartikel aus dem Nukleus, dem aktiven Transport im Zytoplasma und der Umhüllung der Viruspartikel an trans-Golgimembranen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu beobachten und aufzuklären.Zuletzt werden wir die 3D-Einzelmolekülverfolgung mit einer 2-Kanal-Detektion kombinieren, um Interaktionen zwischen Viruskapside und viralen Tegumentproteinen während Zusammenbau und Ausschleusung der Viruspartikel nachzuweisen und aufzuzeigen. Durch die Umsetzung einer zweifarbigen, 3D-Einzelmolekülverfolgung werden wir die technischen Möglichkeiten bis zu ihren Grenzen ausreizen und damit einen komplett neuen Weg eröffnen, um die Interaktion von Herpesvirusproteinen innerhalb infizierter Zellen zu untersuchen. Die Tegumentbildung ist notwendig für die erfolgreiche Verbreitung der Viruspartikel zwischen Zellen und neuen Wirtsorganismen. Daten aus lebenden Zellen fehlen bis jetzt. Ein besseres Verständnis der Replikation von Herpesviren ist aber von biomedizinischem Interesse bei der Suche nach neuen, antiviralen Therapieformen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Clemens Kaminski