Funktionelle Analyse der Induktion und Blockade des Typ I Interferonsystems durch Influenza Viren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Typ I IFN-System ist eine der potentesten innaten Abwehrfunktionen von Vertebraten gegen Viren, da die Ausschüttung der Zytokine IFN-α/β zur Etablierung eines antiviralen Status in Zellen und Geweben führt. Viele Faktoren und Mechanismen des exekutierenden Teils des Typ I IFN-Systems waren zuvor bereits relativ gut charakterisiert. Das vorliegende Projekt hatte zum Ziel, am Beispiel der Influenzaviren zu klären, durch welche spezifischen Bestandteile der Viren eine IFN-Ausschüttung ausgelöst wird und welches zelluläre Rezeptorprotein dabei beteiligt ist. Weiterhin wollten wir den Mechanismus besser verstehen, über den das virale dsRNA-bindende NS1 Protein die Typ I IFN-Induktion bzw. deren Auswirkungen auf ein für das Virus tolerierbares Niveau erniedrigt und somit als Virulenzfaktor fungiert. In einem Hypothesengetriebenen Ansatz konnten wir die RNA Helikase RIG-I als verantwortlichen Sensor identifizieren, der eine Influenzavirus-Infektion offenbar durch Bindung der viralen genomischen Nukleinsäure detektiert. RIG-I kontrolliert ein Signalmodul, das unter Vermittlung des Adapters IPS-1 und dem Transkriptionsfaktor IRF3 die transkriptionelle Aktivierung von Typ I IFN-Genen steuert. Wir konnten zeigen, dass dieses Signalmodul durch das NS1 Protein blockiert wird, was vermutlich auf eine direkte oder indirekte Komplexbildung zurückgeht und nicht wie früher postuliert auf einer Sequestrierung der viralen RNA beruht. Die dsRNA-Bindung des NS1 Proteins wurde in einer revers-genetischen Analyse hingegen als essentiell für die Blockade der antiviralen Kinase PKR erkannt. Interessanterweise korrelierte eine effiziente Virusvermehrung in vitro direkt mit der Fähigkeit zur PKR-Suppression und nur partiell mit dem Ausmaß der IFN- Inhibition. Unter den vielen IFN-gesteuerten Effektorproteinen trägt die PKR daher vermutlich einen hohen Anteil zur Abwehr gegen Influenzaviren bei. Eine abschließende Charakterisierung von hoch-pathogenen H5N1-Geflügelpestviren in humanen Epithelzellen zeigte, dass deren übersteigerte Typ I IFN-Induktion gleichfalls von RIG-I abhängig ist. Die NS1 Proteine dieser Stämme erwiesen sich in weiteren Untersuchungen als funktionelle IFN-Antagonisten, so dass die hohe IFN-Induktion bei diesen Stämmen möglicherweise von einer unbalancierte Synthese oder frühzeitigem Export von viralen RNAs verursacht wird. Die Projektergebnisse erweitern somit unser Verständnis der komplexen Prozesse bei angeborenen Abwehrreaktionen von Virusinfektionen und deren Unterdrückung durch pathogene RNA Viren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2006). Double-stranded RNA binding of influenza B virus nonstructural NS1 protein inhibits protein kinase R but Is not essential to antagonize production of alpha/beta interferon. Journal of Virology 80: 11667-11677
Dauber, B., Schneider, J. and T. Wolff
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(2007). IFN-beta induction by influenza A virus is mediated by RIG-I which is regulated by the viral NS1 protein. Cellular Microbiology 9(4):930-8
Opitz, B., Rejaibi, A., Dauber, B., Eckhard, J., Vinzing, M., Schmeck, B., Hippenstiel, S., Suttorp, N. and T. Wolff
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(2007). ISG15 functions as a critical antiviral molecule against both influenza and herpes viruses. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 104(4): 1371-6
Lenschow, D.J., Lai-C., Frias-Staheli, N., Giannakopoulos, N. V., Lutz, A., Wolff, T., Osiak-A., Levine, B., Schmidt, R. E., Garcia-Sastre, A., Leib, D. A., Pekosz, A., Knobeloch, K.-P., Horak, I., and H. W. Virgin
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(2008). Sabotage of antiviral signaling and effectors by influenza viruses. Biological Chemistry 389, 1299-305
Wolff, T., Zielecki, F., Abt, M., Voss, D., Semmler, I., and M. Matthaei
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(2009). “Influenza viruses control the vertebrate type I IFN system: Factors, mechanisms and consequences”. Journal for Interferon & Cytokine Research, 29(9):549-5
Wolff, T. & S. Ludwig
