Interaktion von Heptatitis B Kapsid Partikeln mit Fragmenten der Oberflächenproteine und Umhüllungs-interferierenden Peptiden

• Antragstellerin: Professorin Dr. Bettina Böttcher
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424878840

Hepatitis B virus (HBV) ist ein wichtiges menschliches Pathogen mit mehr als 250 Mio chronisch infizierten Trägern. Das Virus besteht aus einer äußeren Membran-Hülle, die dicht mit Oberflächenproteinen bepackt ist (HBs) und einem Kapsid, das aus vielen Kopien eines Kern-Proteins (HBc) gebildet wird. Fast alle umhüllten Partikel, die Nukleinsäure enthalten, enthalten ein teilweise doppel-strängiges DNA-Genom, das aus einem RNA-Vorläufer durch reverse Transkription in den Kapsiden gebildet wird. Außerdem werden noch phosphorylierte Kapside ohne Genom umhüllt. Letzteres legt nahe, dass es möglicherweise kein direktes Reifungssignal gibt, das Kapside umhüllbar macht, sondern dass Präferenzen für das Umhüllen bestimmter Kapsidtypen durch die Dynamik von vorgeschalteten Prozessen entstehen. In diesem Projekt möchten wir die strukturellen Eigenschaften untersuchen, die ein Kapsid umhüllbar machen. Wir haben bereits an Viren gezeigt, dass die Spitzen von Spikes die aus dem Kapsid herausragen, die Hülle kontaktieren. Peptide die mit der Umhüllung interferieren binden ebenfalls an diese Spitzen. Diese Beobachtung steht im Widerspruch zu Mutationsstudien von anderen, die eine hydrophobe Tasche im Zentrum der Spikes als entscheidend für den Sekretionsphänotyp identifiziert haben. Dies wirft die Frage auf, welche der beiden Bereiche tatsächlich HBs bindet.Wir wollen diese Frage durch Strukturuntersuchungen an rekombinanten Kapsiden mit gebundenen HBs-Fragmenten mit Hilfe der Elektronenkryomikroskopie und Bildverarbeitung beantworten. Mit dieser Methode bestimmen wir die Struktur von Kapsiden unbeeinflusst durch Kristallkontakte bei Auflösung bis zu 2.4 Å. Solche Strukturen werden zeigen, ob HBs-Fragmente an der Spitze der Spikes, im Zentrum der Spikes oder an beiden Bereichen binden. Weitere Untersuchungen mit verschiedenen HBc Mutanten mit spezifischem Sekretionsphänotypen und phosphorylierten Kapsiden als Mimik für umhüllungskompetente Kapside werden zeigen, wie die Bindung von HBs durch die Kapsidstrukur beeinflusst wird. Wir werden auch untersuchen, ob Peptide, die die Umhüllung verhindern, mit HBs um die gleiche Bindestelle kompetieren oder möglicherweise eher andere Prozesse vor der Umhüllung modulieren. Alle Strukturuntersuchungen werden durch Bindestudien mit isothermischer Titrations-Kalorimetrie oder Oberflächenplasmonenresonanz ergänzt, die zeigen werden, wie sich strukturelle Änderungen in den Bindekonstanten wiederspiegeln.Basierend auf unseren kürzlich abgeschlossenen Strukturuntersuchungen an verschiedenen Kapsiden, erwarten wir Auflösungen von 2.4-3 Å routinemäßig zu erreichen. Das Projekt wird daher viele zuverlässige Strukturen von klinisch relevanten HBc Mutanten und ihrer Interaktion mit HBs bereitstellen. Diese Strukturen werden den Mechanismus der Bindung von HBs an die Kapside beleuchten und werden es anderen ermöglichen kleine Moleküle in silico zu identifizieren, die diesen Prozess und damit die Virenreifung unterbinden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen