Picornavirale Proteasen und zelluläre Proteine: Netzwerke

Viren sind tausend mal kleiner als Zellen und besitzen nur zwischen zehn und 200 Gene, das ist sehr wenig im Vergleich mit den beispielsweise 30,000 Genen in einer menschlichen Zelle. Trotzdem sind Viren Meister darin, Zellen für ihre Zwecke umzubauen und die zelluläre Maschinerie für sie arbeiten zu lassen. Was sind die viralen Strategien, um von einer Zelle Besitz zu ergreifen? Einer ihrer Tricks ist es, die Aktivität von Proteinen der Wirtszelle zu beeinflussen, damit sie zum Vorteil des Virus arbeiten. Picornaviren, eine Virusfamilie die das Schnupfenvirus, das Kinderlähmungsvirus und das Maul-und-Klauen Seuche Virus umfasst, ändern die Aktivität eines Schlüsselproteins in der infizierten Zelle. Dieses Protein ist an der Kontrolle der zellulären Proteinsynthese beteiligt. Die Veränderung dieses Proteins hindert die Zelle daran, ihre eigene mRNA zu übersetzen, erlaubt aber trotzdem die Proteinsynthese die durch die virale mRNA gesteuert wird. Manchmal stimuliert sie sie sogar. Das Virus hat sich also selbst einen Vorteil geschafft. Wie findet diese Reaktion statt? Welche zellulären und viralen Proteine sind daran beteiligt? Wie beeinflussen sich diese Proteine gegenseitig? Was sind die Strukturen dieser Proteine? Es ist das Ziel dieses Projektes, diese Fragen zu beantworten. Jene Proteine, die an dieser Reaktion teilnehmen, sind Proteinasen, die von Maul-und-Klauen Seuche Viren, Schupfenviren und Polioviren hergestellt werden. Diese Enzyme spalten das oben erwähnte zelluläre Schlüsselprotein, das als "eukaryotic initiation factor" (eIF) 4G bekannt ist. Es gibt Hinweise, dass sowohl die viralen Proteinasen als auch eIF4G mit anderen zellulären Proteinen wechselwirken um die Änderung in der Proteinsynthese zu bewerkstelligen. Es wird ein Hauptziel dieses Projekts sein, solche Proteine mittels Techniken des "Proteomics" zu identifizieren. Sobald die Proteine identifiziert worden sind, kann man herauszufinden, welche Rolle sie in der Veränderung der Proteinsynthese spielen und was sie in der nicht-infizierten Zelle tun. Die Proteinasen der oben genannten Viren sind nicht ident. Die Proteinase des Maul-und-Klauen Seuche Virus ist mit der Pflanzenproteinase Papain verwandt. Im Gegensatz dazu ist die Proteinase der Schnupfen- und Polioviren ähnlich dem Säugetierenzym Chymotrypsin. Jüngste Befunde zeigen, dass, obwohl die Proteinasen der Schnupfen- und Polioviren oberflächlich betrachtet miteinander eng verwandet sind, es trotzdem Unterschiede im Mechanismus der Spaltung von eIF4G geben könnte. Darüber hinaus scheint es im Lichte der neuen Erkenntnisse auch möglich, dass es selbst unter den ungefähr 100 Serotypen des Schupfenvirus bedeutende Unterschiede in der Erkennung von eIF4G geben könnte. Es wird ein zweites Hauptziel dieses Projekts sein, solche Unterschiede zu entdecken und zu untersuchen. Die Proteinasen der Serotypen 2 und 14, die sehr unterschiedliche Aminosäuresequenenzen aufweisen, werden als Modelsysteme verwendet. In einem dritten Ansatz werden wir versuchen, die drei-dimensionalen Strukturen von einigen der Proteinasen, sowie der Domäne des eIF4G, die mit den Proteinasen wechselwirkt, aufzuklären. Für die Strukturaufklärung werden sowohl Röntgenkristallographie als auch Kernspinresonanz eingesetzt. Experimente werden an den Proteinasen allein und in Komplexen mit jeder der Domänen von eIF4G durchgeführt. Die Versuche werden aussagekräftige neue biologische Information darüber liefern, wie die einzelnen Bausteine miteinander interagieren und welche Änderungen diese Wechselwirkungen an den Strukturen der beteiligten Proteinen hervorrufen. Die Ergebnisse werden uns helfen, nicht nur eine virale Strategie zu verstehen, sondern auch zelluläre Proteine besser zu begreifen. Da diese zellulären Proteine an der Regulation der Proteinsynthese beteiligt sind, werden die neuen Informationen uns erlauben, die Wachstumskontrolle in einer gesunden Zelle im Detail zu erfassen.

Viren sind tausend mal kleiner als Zellen und besitzen nur zwischen zehn und 200 Gene, das ist sehr wenig im Vergleich mit den beispielsweise 30,000 Genen in einer menschlichen Zelle. Trotzdem sind Viren Meister darin, Zellen für ihre Zwecke umzubauen und die zelluläre Maschinerie für sie arbeiten zu lassen. Was sind die viralen Strategien, um von einer Zelle Besitz zu ergreifen? Einer ihrer Tricks ist es, die Aktivität von Proteinen der Wirtszelle zu beeinflussen, damit sie zum Vorteil des Virus arbeiten. Picornaviren, eine Virusfamilie die das Schnupfenvirus, das Kinderlähmungsvirus und das Maul-und-Klauen Seuche Virus umfasst, ändern die Aktivität eines Schlüsselproteins in der infizierten Zelle. Dieses Protein ist an der Kontrolle der zellulären Proteinsynthese beteiligt. Die Veränderung dieses Proteins hindert die Zelle daran, ihre eigene mRNA zu übersetzen, erlaubt aber trotzdem die Proteinsynthese die durch die virale mRNA gesteuert wird. Manchmal stimuliert sie sie sogar. Das Virus hat sich also selbst einen Vorteil geschafft. Wie findet diese Reaktion statt? Welche zellulären und viralen Proteine sind daran beteiligt? Wie beeinflussen sich diese Proteine gegenseitig? Was sind die Strukturen dieser Proteine? Es ist das Ziel dieses Projektes, diese Fragen zu beantworten. Jene Proteine, die an dieser Reaktion teilnehmen, sind Proteinasen, die von Maul-und-Klauen Seuche Viren, Schupfenviren und Polioviren hergestellt werden. Diese Enzyme spalten das oben erwähnte zelluläre Schlüsselprotein, das als "eukaryotic initiation factor" (eIF) 4G bekannt ist. Es gibt Hinweise, dass sowohl die viralen Proteinasen als auch eIF4G mit anderen zellulären Proteinen wechselwirken um die Änderung in der Proteinsynthese zu bewerkstelligen. Es wird ein Hauptziel dieses Projekts sein, solche Proteine mittels Techniken des "Proteomics" zu identifizieren. Sobald die Proteine identifiziert worden sind, kann man herauszufinden, welche Rolle sie in der Veränderung der Proteinsynthese spielen und was sie in der nicht-infizierten Zelle tun. Die Proteinasen der oben genannten Viren sind nicht ident. Die Proteinase des Maul-und-Klauen Seuche Virus ist mit der Pflanzenproteinase Papain verwandt. Im Gegensatz dazu ist die Proteinase der Schnupfen- und Polioviren ähnlich dem Säugetierenzym Chymotrypsin. Jüngste Befunde zeigen, dass, obwohl die Proteinasen der Schnupfen- und Polioviren oberflächlich betrachtet miteinander eng verwandet sind, es trotzdem Unterschiede im Mechanismus der Spaltung von eIF4G geben könnte. Darüber hinaus scheint es im Lichte der neuen Erkenntnisse auch möglich, dass es selbst unter den ungefähr 100 Serotypen des Schupfenvirus bedeutende Unterschiede in der Erkennung von eIF4G geben könnte. Es wird ein zweites Hauptziel dieses Projekts sein, solche Unterschiede zu entdecken und zu untersuchen. Die Proteinasen der Serotypen 2 und 14, die sehr unterschiedliche Aminosäuresequenenzen aufweisen, werden als Modelsysteme verwendet. In einem dritten Ansatz werden wir versuchen, die drei-dimensionalen Strukturen von einigen der Proteinasen, sowie der Domäne des eIF4G, die mit den Proteinasen wechselwirkt, aufzuklären. Für die Strukturaufklärung werden sowohl Röntgenkristallographie als auch Kernspinresonanz eingesetzt. Experimente werden an den Proteinasen allein und in Komplexen mit jeder der Domänen von eIF4G durchgeführt. Die Versuche werden aussagekräftige neue biologische Information darüber liefern, wie die einzelnen Bausteine miteinander interagieren und welche Änderungen diese Wechselwirkungen an den Strukturen der beteiligten Proteinen hervorrufen. Die Ergebnisse werden uns helfen, nicht nur eine virale Strategie zu verstehen, sondern auch zelluläre Proteine besser zu begreifen. Da diese zellulären Proteine an der Regulation der Proteinsynthese beteiligt sind, werden die neuen Informationen uns erlauben, die Wachstumskontrolle in einer gesunden Zelle im Detail zu erfassen.