Rolle des Zytomegalievirusproteins UL77 in Kapsidassemblierung und -reifung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Eva Maria Borst; Professor Dr. Thomas Krey
• Fachliche Zuordnung: Virologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441233738

Das humane Cytomegalievirus (HCMV) ist die häufigste virale Ursache für angeborene Defekte und kann bei immungeschwächten Patienten zu lebensbedrohlichen Komplikationen führen. Daher werden neuartige Therapieansätze gegen HCMV benötigt, insbesondere um die Nachteile der gegenwärtig zugelassenen Medikamente (Nebenwirkungen, Auftreten von resistenten Stämmen) zu überwinden und eine Kombinationstherapie zu ermöglichen - eine Behandlung, die gegen HIV- und HCV-Infektionen sehr erfolgreich angewendet wird. Die HCMV Kapsid-Assemblierung ist ein komplexer mehrstufiger Prozess, der durch zahlreiche essentielle Protein-Protein-Interaktionen gekennzeichnet ist, und damit einen vielversprechenden Ansatzpunkt für die Entwicklung neuer antiviraler Medikamente darstellt.In dem vorgeschlagenen Projekt werden wir uns auf das HCMV UL77-Protein fokussieren, das eine zentrale Rolle bei der viralen Genomverpackung ausübt. Unsere bisherigen Ergebnisse zeigen, daß es sowohl funktionell als auch hinsichtlich der Kapsid-Assoziation Unterschiede zwischen pUL77 und seinen α- und γ-Herpesvirus-Orthologen gibt. So ist pUL77 für die DNA-Spaltung erforderlich und kommt auf allen Kapsidtypen in vergleichbaren Mengen vor. Zudem wurde - im Gegensatz zu seinen α- und γ-Herpesvirus-Orthologen - in Kryo-EM-Rekonstruktionen von HCMV-Kapsiden kein Penton-assoziiertes pUL77 beobachtet. Unsere vergleichende Strukturanalyse von pUL77 und seinen Orthologen ergab jedoch eine bemerkenswerte strukturelle Konservierung in allen Herpesvirus-Unterfamilien, welche auf eine hochkonservierte Funktion hinweist. Eine solche Funktion könnte die Bildung des pentameren Portal-Deckels sein, der bei α- und γ-Herpesviren DNA-gefüllte Kapside verschließt. Ein vergleichbarer Proteinkomplex wird auch am Portalvertex von β-Herpesviren erwartet.Unser Ziel ist es, die essentielle Rolle von pUL77 während der Kapsidassemblierung zu verstehen und hierfür wichtige Protein-Protein-Interaktionen zu charakterisieren. Dies wird a) im Kontext der viralen Infektion mit geeigneten HCMV BAC-Mutanten erfolgen und b) mittels eines auf Baculovirus-Expression basierenden HCMV Kapsid-Assemblierungs-Assays. Insbesondere werden wir (i) eine mutmaßliche Oligomerisierung von pUL77, (ii) pUL77-Interaktionen, die für die Produktion infektiöser Viren erforderlich sind, (iii) das Zusammenspiel von pUL77 mit pUL93 (ein Interaktionspartner von pUL77) und den innersten Tegumentproteinen pp150 und pUL48, sowie (iv) die Wechselwirkung zwischen pUL77/pUL93 und dem HCMV Portalprotein sowie der Terminase untersuchen. Unsere Ergebnisse werden neue Einblicke in die Funktion und Protein-Interaktionen von pUL77 während der HCMV Kapsidassemblierung ermöglichen und Aufschluss über die evolutionären Unterschiede und Gemeinsamkeiten der Kapsidassemblierung in verschiedenen Herpesvirus-Subfamilien geben. Nicht zuletzt werden wir damit neue Interventionsziele definieren, die das rationale Design von Inhibitoren der HCMV-Infektion erlauben werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen