Virus-host interplay-Immediate virus recognition by RIG-I and PKR and viral counterstrategies

Viren stellen eine ständige Bedrohung der Menschheit dar, die Krankheiten mit milden Symptomen bis hin zu letalem Ausgang verursachen. Für das Überleben des Wirts ist daher eine schnelle und effiziente antivirale Immunantwort von entscheidender Bedeutung. Die meisten der bekannten neu auftretenden u...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Gerlach, Michaela
Beteiligte: Weber, Friedemann (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Englisch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2015
Medizin
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:Viren stellen eine ständige Bedrohung der Menschheit dar, die Krankheiten mit milden Symptomen bis hin zu letalem Ausgang verursachen. Für das Überleben des Wirts ist daher eine schnelle und effiziente antivirale Immunantwort von entscheidender Bedeutung. Die meisten der bekannten neu auftretenden und hochpathogenen Viren besitzen ein RNA-Genom. RIG-I ähnliche Rezeptoren (RLR; RIG-I like receptors) und andere Immunrezeptoren, wie die Proteinkinase R (PKR), reagieren auf RNA-Strukturen im Zytoplasma der Wirtszelle. Die Detektion von Virusinfektionen induziert intrazelluläre Abwehrmechanismen, die einen antiviralen Zustand in der infizierten und den Nachbarzellen vermittelt und zudem das adaptive Immunsystem aktiviert. Viren wiederum haben komplexe Abwehrmaßnahmen entwickelt um die Immunreaktion zu verhindern. Die molekularen Mechanismen reichen vom unspezifischen Eingreifen in den Wirtszellmetabolismus bis hin zu einer spezifischen Inhibition von Schlüsselfaktoren der Immunantwort. Für ein besseres Verständnis welche viralen RNA-Strukturen durch Immunrezeptoren, wie RIG-I und PKR, detektiert werden und welche Art von viralen Antagonisten zu ihrer Inhibition führen, muss man den Aktivierungszustand von Immunrezeptoren genau bestimmen können. Hierfür wurde der limitierte Proteaseverdau und die native Polyacrylamid-Gelelektrophorese (PAGE), für einen direkten Nachweis der RIG-I und PKR Konformationsänderung beziehungsweise Oligomerisierung nach Aktivierung, etabliert. Verschiedene Studien haben geholfen, RIG-I stimulierende RNA-Strukturen in vitro zu identifizieren. Die erste Virusstruktur, welche die initiale antivirale Immunreaktion im natürlichen Kontext der Virusinfektion auslösen kann blieb jedoch ungeklärt. Im Rahmen dieser Studie konnten wir die 5 triphosphorylierte (5ppp) Pfannenstielstruktur viraler Nukleokapside als physiologischen RIG-I Agonisten identifizieren. Unabhängig von viraler Transkription und Replikation konnten die eintretenden enkapsidierten Genome von Bunyaviren (La Crosse Virus; LACV und Rift Valley Fieber Virus; RVFV) und Orthomyxoviren (Influenza A Viren; FLUAV) RIG-I Aktivierung und eine antivirale Signalkaskade stimulieren. Überraschenderweise wurde die antivirale Aktivität von RIG-I gegen FLUAV bereits durch die Bindung an die 5ppp Nukleokapside vermittelt, und war unabhängig von der RIG-I vermittelten Signalweiterleitung. Neben RIG-I konnte auch PKR als Immunsensor eintretender Nukleokapside identifiziert werden. PKR interagiert dabei mit der intergenischen Region (IGR; intergenic region) der viralen Genomsegmente mit Ambisense-Kodierungsstrategie. Die Assoziation von PKR mit der IGR eintretender RVFV (Bunyaviridae) und Arenavirus Nukleokapside vermittelt PKR-Phosphorylierung und Konformationsänderung und damit volle PKR Aktivierung. Um einer unmittelbaren Detektion durch RIG-I und PKR zu entgehen, müssen sich Viren anpassen. So wird die RIG-I Aktivierung durch FLUAV Nukleokapside durch eine adaptive Mutation der PB2-Polymeraseuntereinheit verändert. Die Adaptionsmutation PB2 E627K stabilisiert die Interaktion des FLUAV Polymerasekomplexes mit dem Nukleokapsid und verhindert dadurch die RIG-I vermittelte Detektion. Zudem interagiert das Lassa Virus (Arenaviridae) Nukleoprotein mit PKR und induziert dessen Abbau über das Proteasom. Somit konnte das Eintreten der viralen Nukleokapside in die Wirtszelle als erster Zeitpunkt der Immunerkennung im natürlichen Kontext der Virusinfektion nachgewiesen werden. Des Weiteren ergeben sich aus dieser Arbeit Einblicke, wie Viren sich entwickelt haben um dieser unmittelbaren Immundetektion zu entkommen.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2015.0159