Strukturelle und räumliche Analyse der vRNP-Gruppierung und des Virusaufbaus in Orthomyxoviren

• Antragsteller: Dr. Petr Chlanda
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Virologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537419712

Orthomyxoviren sind pleomorphe, membranumhüllte Viren, die ihr RNA-Genom in mehrere räumlich getrennte Komplexe, so genannte virale Ribonukleoproteine (vRNPs), verpacken. Bei einer Koinfektion kann eine solche Segmentierung des viralen Genoms eine Genom-Reassortierung ermöglichen, was zu einem Antigenshift führen kann, d.h. zu einer Zunahme der genetischen Vielfalt ohne Einfügung von Mutationen in das Genom. Es stellt sich jedoch die Frage, wie die vRNPs sortiert und effektiv in die knospenden Virionen eingebaut werden. Darüber hinaus muss die räumliche und zeitliche Analyse des vRNP-Reassortments in infizierten Zellen noch untersucht werden. Zur Familie der Orthomyxoviridae gehören wichtige menschliche Krankheitserreger wie das Influenza-A-Virus (IAV), welches für jährliche Epidemien und mehrere Pandemien in der modernen Menschheitsgeschichte verantwortlich ist. Unser Ziel ist es, mittels zellulärer Kryo-Elektronentomographie und kryokorrelativer Licht- und Elektronenmikroskopie IAV Infektionen genauer zu beleuchten und die vRNP-Clusterbildung, den Transport sowie den Einbau in Virionen mit Nanometerauflösung in infizierten Zellen zu untersuchen. Obwohl bereits frühere elektronenmikroskopische Studien das vRNP-Transport an Membrankompartimenten zeigten, ist der Erkenntnisgewinn aufgrund der vergleichsweise schlechten Strukturerhaltung begrenzt. Um diese Prozesse genauer zu verstehen, sind hochauflösende Bildgebungsverfahren in Kombination mit virologischen Methoden erforderlich. Unsere vorläufigen Daten liefern neue Erkenntnisse über Infektionen mit IAV: Hämagglutinin (HA), das Oberflächen-Glykoprotein des IAV, treibt eine Membran-Remodellierung in infizieren Zellen voran und bildet so Organellen, die in Abhängigkeit von Rab11 mit vRNPs interagieren. Unser Ziel ist es, die Interaktion zwischen HA und vRNPs genau zu bestimmen sowie die räumliche Verteilung der vRNPs in Zellen zu untersuchen, die mit verschiedenen Vertretern der Orthomyxoviridae, infiziert worden sind, wie beispielsweise aviären- und Fledermaus-Influenza-A-Viren sowie Influenza-C-Viren und Thogotoviren. Es gibt immer mehr Belege dafür, dass vRNP-Komplexe über den dreiteiligen Polymerasekomplex direkt mit Rab11 interagieren und dass diese Interaktion für den vRNP-Transport zur Plasmamembran und die Bildung neuer infektiöser Viruspartikel entscheidend ist. Daher ist der durch Rab11 vermittelte vRNP-Transport von zentraler Bedeutung für das Verständnis der vRNP-Clusterbildung. Wir schlagen deshalb vor, Rab11 als möglichen Ansatzpunkt für die Entwicklung neuartiger, breit anwendbarer antiviraler Strategien gegen verschiedene Influenza-A-Viren genauer zu untersuchen. Darüber hinaus planen wir die strukturelle Charakterisierung des vRNP-Einbaus in knospende Virionen sowie die Aufklärung des Hemmmechanismus von MxA, einem wichtigen IAV-Restriktionsfaktor, der eine Barriere für zoonotische Übertragungen darstellt und die Suszeptibilität für Influenzaviren beim Menschen kontrolliert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen