Function of the Viral Matrix Proteins VP40 and VP24 for the Life Cycle of Ebola Virus
Ebola virus (EBOV), a member of the family Filoviridae in the order Mononegavirales, is the causative agent of a severe haemorrhagic fever. Due to its high case fatality rate of up to 90% and to the fact that no approved vaccination or treatment is available for EBOV infection, it is classified as a...
Main Author: | |
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Contributors: | |
Format: | Doctoral Thesis |
Language: | English |
Published: |
Philipps-Universität Marburg
2007
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Subjects: | |
Online Access: | PDF Full Text |
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Ebola virus (EBOV) gehört zur Familie Filoviridae in der Ordnung Mononegavirales und verursacht im Menschen ein schweres hämmorhagisches Fieber. Wegen der hohen Letalität und der Tatsache, dass es weder eine zugelassene Impfung noch Therapie für EBOV-Infektionen gibt, ist es als ein Erreger der höchsten biologischen Sicherheitsstufe L4 eingestuft, weswegen die Erforschung dieses Virus nur in sehr wenigen Laboratorien in der Welt möglich ist. Es ist daher sehr erstrebenswert, Modellsysteme zu entwickeln, die es erlauben, einzelne Aspekte des Lebenszyklus von EBOV unter L2-Bedingungen zu untersuchen. Ausgehend von verfügbaren ”Reverse Genetik”-Systemen haben wir mehrere solche Modellsysteme entwickelt, die es erlauben, Transkription, Replikation und Verpackung von viralen Genomen, die Morphogenese von Nukleokapsiden und Formierung von Viruspartikeln, und Abknospung und Zelleintritt sowie initiale Transkription in Zielzellen unter L2-Bedingungen zu erforschen. Erstmals für ein RNA Virus mit einem Genom in Negativ-Orientierung war es uns möglich, zwei Schritte des viralen Lebenszyklus, nämlich die Entstehung eines voll funktionsfähigen Nukleokapsides und die inititale Transkription in Zielzellen, zu modellieren. Dies stellt einen wesentlichen Fortschritt für ”Reverse Genetik”-Systeme für diese Viren dar. Die entwickelten Systeme wurden dann dazu verwendet, um die Rolle von EBOV-Proteinen, insbesondere den Matrixproteinen VP40 und VP24, im viralen Lebenszyklus zu erforschen. Insbesondere die Rolle von VP24 ist für lange Zeit rätselhaft gewesen, bis kürzlich gezeigt werden konnte, dass es als Interferon-Antagonist fungiert. Daten bezüglich einer möglichen Beteiligung von VP24 in der Morphogenese von Nukleokapsiden und der Formierung von Viruspartikeln sind jedoch widersprüchlich geblieben. Mithilfe eines von uns neu entwickelten ”infectious virus-like particle” Systems (iVLP-System) konnten wir zeigen, dass VP24 nicht notwendig für die Abknospung von Viruspartikeln oder Verpackung von Genomen ist, jedoch eine wesentliche Rolle in der Entstehung eines voll funktionsfähigen Nukleokapsides spielt. Dies ist der erste funktionelle Nachweis einer Rolle von VP24 in der Entstehung von Nukleokapsiden. Die Funktion von VP40 ist wesentlich besser verstanden, aber fast nichts ist über die Rolle der verschiedenen oligomeren Formen von VP40 (Dimere, Hexamere, Oktamere) bekannt. Wir konnten kürzlich zeigen, dass die Oktamerisierung von VP40 unerlässlich im viralen Lebenszyklus ist. Als Teil dieser Doktorarbeit haben wir diese Rolle weiter untersucht. Desweiteren haben wir ausgehend von der 3D-Struktur von VP40 dimerisierungsunfähige VP40 Mutanten entworfen und charakterisiert. Wir konnten zeigen, dass die Dimerisierung von VP40 notwendig für das Abknospen von neuen Viruspartikeln ist, während Oktamerisierung keine Rolle in diesem Prozess zu spielen scheint. Weiterhin scheint die Oktamerisierung von VP40 nicht wichtig für das Verpacken oder die Formierung von voll funktionsfähigen Nukleokapsiden zu sein. Allerdings scheint die Oktamerisierung von VP40 einen Einfluss auf die Transkription und Replikation von viralen Genomen zu haben, ein Phänomen, das bereits früher für Rabies, einen anderen Vertreter der Ordnung Mononegavirales, gezeigt werden konnte. Außerdem scheint VP40, insbesondere VP40-Dimere, die zelluläre Transkription und/oder Translation zu inhibieren, eine Funktion, die für eine Reihe von Matrixproteinen von Viren der Ordnung Mononegavirales bekannt ist. Darüber hinaus haben wir die Interaktionen von VP40 mit dem Nukleokapsidprotein NP untersucht. Wir konnten erstmals eine direkte Interaktion dieser beiden Proteine nachweisen, und haben die Interaktionsdomäne auf zwei β-Stränge in der N-terminalen Domäne eingrenzen können. Mithilfe der bekannten 3D-Struktur von VP40 haben wir zwei Aminosäuren identifiziert, die eine entscheidende Rolle für diese Interaktionen spielen könnten. Aufgrund dieser Studien haben wir nun ein besseres Verständnis der Funktionen der EBOV-Matrixproteine im viralen Lebenszyklus, und wir konnten mehrere neue Funktionen für diese Proteine zeigen. Diese Ergebnisse werden uns erlauben, einzelne Aspekte des viralen Lebenszyklus spezifisch zu inhibieren, um die molekularen Details dieser Prozesse besser zu verstehen, aber auch um neue Therapeutika für EBOV-Infektionen zu entwicklen.