Molekulare Mechanismen der Flavivirus Membranfusion

Die Verschmelzung von Membranen spielt eine wichtige Rolle beim Eindringen umhüllter Viren in die Zelle und bei intrazellulären Transportprozessen. Im Rahmen des vorliegenden Projekts sollen die molekularen und strukturellen Voraussetzungen der Membranfusion in einem viralen System, unter Verwendung des Frühsommermeningoenzephalitis (FSME) Virus als Modell, erforscht werden. Das FSME Virus ist ein Flavivirus, das mit einer Reihe von anderen, durch Arthropoden übertragenen humanpathogenen Viren nahe verwandt ist, wie beispielsweise dem Gelbfiebervirus, dem Japanischen Enzephalitis Virus, den Dengue Viren und dem West Nil Virus. Auch mit dem Hepatitis C Virus bestehen viele molekularbiologische Gemeinsamkeiten. Die virale Membranfusion wird durch spezifische Hüllproteine vermittelt (Fusionsproteine), wobei bisher zwei vollständig unterschiedliche strukturelle Klassen dieser Proteine (Klasse I und Klasse II) identifiziert worden sind. Das in seiner atomaren Struktur bekannte Fusionsprotein des FSME Virus (E) ist ein prototypisches Klasse II Fusionsprotein, das sich strukturell und mechanistisch von den bei Ortho- und Paramyxoviren, Retroviren und Filoviren vorkommenden Klasse I Fusionsproteinen unterscheidet. Aufgrund der Kenntnis der atomaren Struktur dieses Fusionsproteins stellt das FSME Virus System ein ideales Modell für die Erforschung der durch Klasse II Fusionsproteine vermittelten Fusionsmaschinerie dar. In früheren Arbeiten haben wir gezeigt, dass die FSME Virus Fusion sauren pH benötigt, und zwar als Auslöser für die Umwandlung der metastabilen Konformation des Fusionsproteins in einen Zwischenzustand, der die Membranfusion auslöst und im Zuge des Fusionsprozesses in eine stabile Struktur übergeht. Im Rahmen des vorliegenden Projekts sollen a.) unter Verwendung von für die saure pH Konformation spezifischen monoklonalen Antikörpern die bei den Fusions-spezifischen Konformationsänderungen beteiligten Strukturelemente identifiziert, b.) unter Verwendung von in vitro Liposomen-Fusionsmodellen die Charakteristika des FSME Virus Fusionsprozesses erforscht und c.) die Struktur der sauren pH Konformation des Fusionsproteins mittels Elektronenmikroskopie sowie kristallographische Röntgenbeugungsanalyse aufgeklärt werden. Die letzteren Studien werden in Zusammenarbeit mit Strukturbiologen am CNRS in Paris, Frankreich, durchgeführt. Das Hauptziel dieses Projekts ist die Aufklärung des Mechanismus und der strukturellen Erfordernisse der Fusion bei Flaviviren. Die Kenntnis der molekularen Details dieses Prozesses kann, wie das Beispiel HIV zeigt, zur Identifizierung spezifischer Angriffspunkte für die Entwicklung neuer antiviraler Agentien führen.

Die Verschmelzung von Membranen spielt eine wichtige Rolle beim Eindringen umhüllter Viren in die Zelle und bei intrazellulären Transportprozessen. Im Rahmen des vorliegenden Projekts sollen die molekularen und strukturellen Voraussetzungen der Membranfusion in einem viralen System, unter Verwendung des Frühsommermeningoenzephalitis (FSME) Virus als Modell, erforscht werden. Das FSME Virus ist ein Flavivirus, das mit einer Reihe von anderen, durch Arthropoden übertragenen humanpathogenen Viren nahe verwandt ist, wie beispielsweise dem Gelbfiebervirus, dem Japanischen Enzephalitis Virus, den Dengue Viren und dem West Nil Virus. Auch mit dem Hepatitis C Virus bestehen viele molekularbiologische Gemeinsamkeiten. Die virale Membranfusion wird durch spezifische Hüllproteine vermittelt (Fusionsproteine), wobei bisher zwei vollständig unterschiedliche strukturelle Klassen dieser Proteine (Klasse I und Klasse II) identifiziert worden sind. Das in seiner atomaren Struktur bekannte Fusionsprotein des FSME Virus (E) ist ein prototypisches Klasse II Fusionsprotein, das sich strukturell und mechanistisch von den bei Ortho- und Paramyxoviren, Retroviren und Filoviren vorkommenden Klasse I Fusionsproteinen unterscheidet. Aufgrund der Kenntnis der atomaren Struktur dieses Fusionsproteins stellt das FSME Virus System ein ideales Modell für die Erforschung der durch Klasse II Fusionsproteine vermittelten Fusionsmaschinerie dar. In früheren Arbeiten haben wir gezeigt, dass die FSME Virus Fusion sauren pH benötigt, und zwar als Auslöser für die Umwandlung der metastabilen Konformation des Fusionsproteins in einen Zwischenzustand, der die Membranfusion auslöst und im Zuge des Fusionsprozesses in eine stabile Struktur übergeht. Im Rahmen des vorliegenden Projekts sollen a.) unter Verwendung von für die saure pH Konformation spezifischen monoklonalen Antikörpern die bei den Fusions-spezifischen Konformationsänderungen beteiligten Strukturelemente identifiziert, b.) unter Verwendung von in vitro Liposomen-Fusionsmodellen die Charakteristika des FSME Virus Fusionsprozesses erforscht und c.) die Struktur der sauren pH Konformation des Fusionsproteins mittels Elektronenmikroskopie sowie kristallographische Röntgenbeugungsanalyse aufgeklärt werden. Die letzteren Studien werden in Zusammenarbeit mit Strukturbiologen am CNRS in Paris, Frankreich, durchgeführt. Das Hauptziel dieses Projekts ist die Aufklärung des Mechanismus und der strukturellen Erfordernisse der Fusion bei Flaviviren. Die Kenntnis der molekularen Details dieses Prozesses kann, wie das Beispiel HIV zeigt, zur Identifizierung spezifischer Angriffspunkte für die Entwicklung neuer antiviraler Agentien führen.