Untersuchungen zur Plastizität viraler Hüllproteome

Viele Virusarten tragen eine zusätzliche Hüllschicht aus Lipiden, die als Hülle oder "Envelope" bezeichnet wird, so zum Beispiel HIV und Influenza. Diese Hüllen beinhalten zumindest ein virales Glykoprotein und können auch zelluläre Menbranproteine enthalten. Wir konnten nachweisen, dass Proteine, die posttranslational mit Glykosylphosphatidylinositol(GPI)-ankern modifiziert worden sind, in gereinigter Form in die Lipidhüllen einiger Viren integrieren können, nachdem diese Viren die produzierenden Zellen verlassen haben. Für diese Studie stellen wir die Hypothese auf, dass solche Prozesse auch in einem natürlichen Kontext auftreten und Viren davon potentiell profitieren können (zum Beispiel durch Stabilisierung von Viruspartikeln oder eine Störung des Immunsystems). Wir planen die Assoziation von GPI-verankerten Proteinen an virale Hüllen zu untersuchen, aber in einem allgemeineren Ansatz auch die Anhaftung anderer Proteine nach dem Austritt der Viren aus den Zellen, z.B. im Blutkreislauf. Die Hypothese, dass Viren Proteine aus dem umgebenden Medium requirieren scheint schlüssig, und folglich sollte auch eine Änderung der assoziierten Proteine mit einer Änderung der Virusumgebung, (z.B. nach der Ausschleusung der Viren aus der Zelle, beim Wechsel der Umgebung innerhalb des Wirtes, bei Wirts- oder Wirtsspezieswechsel) einhergehen. Diese Vorgänge sollten eine bestimmte Plastizität der viralen Envelope-Proteome mit sich bringen. Bisher wurden keine Studien durchgeführt, die diese Mechanismen untersuchen, obwohl solche Vorgänge eine große Rolle bei der Übertragung von Viren spielen könnten. Drei unterschiedliche Forschungsfelder werden initiiert werden: In "Insertionsköder"-Versuchen wird ein Protein, von dem bekannt ist, dass es in virale Hüllen eingegliedert werden kann, verwendet um die Bedingungen, die eine solche Assoziation erlauben, speziell im Hinblick auf Art und Menge von Hintergrundprotein, Temperatur und Stabilität zu untersuchen. Im Forschungsfeld Assoziationsdynamikmonitoring werden Modellmembranen mit genau definierter Lipid und Proteinzusammensetzung hergestellt, um den Einfluß von unterschiedlichen Lipiden und Membranproteinen auf die Assoziation zu untersuchen. Im differentiellen Proteomikansatz, werden Virushüllen vor und nach der Exposition mit einer komplexen Proteinmischung z.B. Serum miteinander verglichen. Unterschiede in der Proteinzusammensetzung deuten auf Assoziations-/Insertionsvorgänge hin. Das Projekt wird in enger wissenschaftlicher Zusammenarbeit mit dem Department für Nanobiotechnologie der Universität für Bodenkultur (BOKU) in Wien - wodurch Expertise in Biophysik und Modellmembranen gewährleistet ist und dem Technologiekompetenzzentrum VetCore der Universität für Veterinärmedizin in Wien, wodurch Erfahrung und Methoden im Bereich Proteomik sichergestellt werden können, durchgeführt werden. Dadurch ist die optimale Kombination an Wissen garantiert um das Projekt ausführen zu können. Wenig ist darüber bekannt, wie Viren mit den Herausforderungen im Stadium zwischen infizierten Zellen umgehen. Wir sind der Meinung, dass die Informationen die während des Projektes gesammelt werden können, helfen werden einen neuen Aspekt von Wirt-Pathogen-Interaktionen zu definieren, da die untersuchten Mechanismen von großer Bedeutung für die Übertragung von Viren sein können. Letztlich können sich daraus auch neue Wege für antivirale Interventionen ergeben, gerade auch im Bereich von zoonotischen oder neu auftretenden viralen Infektionen.

Einige Arten von Viren, zum Beispiel HIV oder Influenza, sind von einer Hülle aus Fetten umgeben, die auch Envelope genannt wird. Diese Hüllen enthalten zumindest ein virales Protein und können zusätzlich auch Proteine der Wirte der Viren enthalten. Wir konnten in früheren Studien demonstrieren, dass ein spezieller Typ von Proteinen (den Glykosylphosphatidylinositol- oder GPI-verankerten Proteinen) sich in Virushüllen einbetten kann. Wir sind der Meinung, dass sich solche Vorgänge auch unter natürlichen Umständen entwickelt haben und Viren dadurch Vorteile erlangen, wie etwa eine erhöhte Stabilität oder Schutz vor dem Immunsystem. Wir testeten die Bindung von GPI-verankerten Proteinen an virale Hüllen, aber auch auf die generelle Anheftung von Proteinen aller Art nach Veränderung der biochemischen Umgebung. Um diese Interaktionen zu untersuchen optimierten wir ein Methode, die einerseits den Virus in einem Zustand erhält, der dem natürlichen möglichst nahe kommt, und andererseits mit biophysikalischen Methoden kompatibel ist. Ermöglicht wurde das durch die Verwendung von geeigneten Strukturen, die es erlaubten, Viren auf Sensoren zu fixieren. Getestet wurden diese Methodik zuerst an Liposomen, nichtviralen Lipidstrukturen von bekannter Zusammensetzung mit ähnlicher Größe wie Viren. Unterschiedliche Typen von Liposomen wurden auf Sensoren fixiert und Proteinen oder Proteinmischungen ausgesetzt. Wir konnten unterschiedliche Bindungsformen in Abhängigkeit von den verwendeten Proteinen/Proteinmischungen identifizieren: von zeitlich scharf begrenzten zu langfristig stabilen über Zwischenformen. Dieselben Formen konnten wir auch mit Viren identifizieren. Ausgehend von diesen Ergebnissen, versuchten wir die gebundenen Proteine zu bestimmen. Vorläufige Ergebnisse ergaben eine Anzahl von fett-bindenden Proteinen. Zusätzlich konnten wir bestätigen, dass Viren von der Aufnahme von Proteinen aus der Umgebung profitieren können. So schützt das GPI-verankerte Protein CD59 Viren vor dem Komplementsystem, einem Teil des Immunsystems. Zusammengefasst zeigen unsere Ergebnisse einen hohen Grad von Interaktion zwischen Viren und ihrer Umgebung sowie eine hohe Ähnlichkeit der Bindungsmuster von Liposomen und Viren. Zusammen mit der Identifikation lipid-bindender Proteine unterstreicht dies die Bedeutung von Protein-Fett-Interaktionen. Damit konnten wir unterstützende Hinweise für unsere Hypothese zusammentragen: Virus kann sich mit Proteinen aus neuer Umgebung verbinden und daraus Vorteile ziehen. In den nächsten Schritten werden wir Versuchen direkte Beweise für dieses Konzept zu finden und die daraus abgeleiteten biologischen Konsequenzen zu beschreiben.