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Titel:Die IRE1-abhängige ER-Stress-Antwort wird durch antagonistische Effekte der Marburg Virus Proteine GP und VP30 ausbalanciert
Autor:Rohde, Cornelius
Weitere Beteiligte: Becker, Stephan (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr:2019
URI:http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2019/0402
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2019-04023
DOI: https://doi.org/10.17192/z2019.0402
DDC: Medizin, Gesundheit
Titel(trans.):Antagonistic effects of the Marburg virus proteins GP and VP30 balance the IRE1-dependent unfolded protein response

Dokument

Schlagwörter:
Virology, VP30, XBP1, Marburg Virus, ER-Stress-Antwort, GP, IRE1, Unfolded protein response, Virologie

Zusammenfassung:
Das Marburg Virus (MARV) gehört, wie das Ebola Virus (EBOV), zur Familie der Filoviridae. Im Menschen führt eine Infektion mit dem MARV häufig zu schweren Fiebererkrankungen mit einer Letalitätsrate von bis zu 90%. Aufgrund dieser hohen Letalitätsrate, und da bisher keine Impfstoffe oder Therapiemöglichkeiten zugelassen sind, werden Filoviren in die höchste biologische Sicherheitsstufe 4 eingestuft. Um neue Ansatzpunkte für Therapeutika zu finden, ist es essentiell die Interaktionen zwischen dem MARV und der Wirtszelle genau zu charakterisieren. Für seine Replikation ist das MARV, wie alle Viren, vollständig auf die Wirtszelle angewiesen, und die Infektion bedeutet eine Belastung für die Ressourcen der Zelle. Während der Infektion wird das MARV Oberflächenprotein, das Glykoprotein GP, am rauen Endoplasmatischen Retikulum (ER) synthetisiert, im Lumen des ER gefaltet und posttranslational stark glykosyliert. Diese Prozesse verzögern den Transport des GP, wodurch es im ER akkumuliert, bevor es an die Plasmamembran transportiert wird. In Vorarbeiten konnte gezeigt werden, dass die transiente Expression des MARV GP zu einer Überlastung des ER führt (ER-Stress) und eine Inositol-requiring enzyme 1 α (IRE1)-abhängigen ER-Stress-Antwort führt. Wird IRE1 aktiviert, ist es durch eine Ribonuklease-Aktivität in der Lage die X-box binding protein 1 unspliced (XBP1u) mRNA zu spleißen. Der dadurch entstehende Transkriptionsfaktor X-box binding protein 1 spliced (XBP1s) migriert in den Zellkern und aktiviert über die Promotoren unfolded protein response element (UPRE) und ER stress element (ERSE) viele verschiedene Gene, um die Homöostase im ER wiederzuerlangen. Eine langanhaltende Aktivierung von IRE1 hingegen führt zur Apoptose. Die ER-Stress-Antwort kann somit von Vor- oder Nachteil für die virale Replikation sein. In der vorliegenden Arbeit konnte die GP-abhängige Aktivierung der ER-Stress-Antwort im Detail charakterisiert werden. Die Expression des GP führt zu einer Aktivierung von IRE1, des Transkriptionsfaktors XBP1s und in der Folge auch des Promotors UPRE. Verantwortlich für diese Aktivierung sind die voraussichtlich die molekulare Größe des GP und die vielen Glykosylierungen innerhalb der Mucin-ähnlichen Domäne des GP. In Vorarbeiten zeigte sich, dass die ER-Stress-Antwort während einer MARV Infektion nicht aktiviert wird. Der Grund hierfür ist das virale Protein VP30, welches ein multifunktionales Protein und viraler Transkriptionsfaktor ist und eine Reduktion der IRE1-abhängigen ER-Stress-Antwort vermitteln kann. Der genaue Mechanismus war bislang unklar. In dieser Arbeit konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass VP30 RNA-abhängig mit dem XBP1u Protein interagiert. XBP1u rekrutiert seine eigene mRNA an die ER-Membran, sodass sich diese in räumlicher Nähe zu IRE1 befindet. Folglich könnte die Interaktion von VP30 mit dem XBP1u mRNA/XBP1u Protein Komplex die XBP1u mRNA für IRE1 unzugänglich machen und somit das Spleißen unterbinden. Weiter konnte hier gezeigt werden, dass eine präzise Regulation der ER-Stress-Antwort wichtig für die virale Vermehrung des MARV ist, da sowohl eine aktivierte, als auch eine unterbundene IRE1-abhängige ER-Stress-Antwort, die Vermehrung des Virus beeinflusst. Der aktuelle Forschungsstand zeigt, dass die Regulation der ER-Stress-Antwort wichtig ist, um eine effiziente MARV Freisetzung zu gewährleisten. Dies ist somit ein interessanter Ansatzpunkt für neue Therapeutika.

Summary:
Marburg virus (MARV) and Ebola virus (EBOV) belong to the family filoviridae. A MARV infection can cause a severe fever disease in humans with a lethality rate of up to 90%. Therefore and as there are no licensed therapeutics or vaccines available against filoviruses, they are classified as biosafety level 4 pathogens. It is essential to characterize the MARV-host interactions to find new targets for therapeutics. Like all viruses MARV depends on the host cell machinery for its replication. For that reason an infection is an additional burden for the cell. The only surface protein of MARV is the glycoprotein GP which is synthesized at the rough ER and folded and glycosylated within the lumen of the endoplasmic reticulum (ER). This process fosters GP to accumulate in the ER before it is transported to the plasma membrane. Previous studies revealed that the ectopic expression of GP overwhelmed the ER (ER stress) and thereby activated the inositol-requiring enzyme 1 α (IRE1)-dependent unfolded protein response (UPR). The active IRE1 splices the X-box binding protein 1 unspliced (XBP1u) mRNA whereby the transcription factor X-box binding protein 1 spliced (XBP1s) is translated. XBP1s binds to the promotors UPR element (UPRE) and ER stress element (ERSE) in the nucleus by what different genes are regulated to restore the ER homeostasis. In contrast prolonged IRE1 activation induces apoptosis. Therefore the UPR can be pro- or antiviral. In this thesis the GP-dependent activation of the UPR was elucidated in detail. The expression of GP activates IRE1, the transcription factor XBP1s as well as the promotor UPRE. GP activates the UPR because of its molecular mass and the many posttranslational modifications, which are mainly located within the mucin-like domain. However, during a MARV infection there is no UPR activation detectable. The reason for that is that the multifunctional viral transcriptionfactor VP30 is able to counteract the IRE1-dependent UPR. Here it was shown for the first time that VP30 interacts RNA-dependent with the XBP1u Protein. XBP1u recruits its own mRNA to the ER membrane to bring it into close proximity to IRE1. Potentially VP30 interacts with the XBP1u mRNA/XBP1u protein complex whereby the XBP1u mRNA is no longer accessible for IRE1. Further experiments showed that the regulation of the UPR is urgent for the MARV replication as either the stimulated - or blocked UPR influences the viral release. Our current knowledge underlines that tight regulations of the UPR are essential for a proper MARV replication which makes it an interesting target for new therapeutics.


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