Regulation der Polymerase-Aktivität des Influenza A Virus durch post-translationale Ubiquitin-Modifikation

• Antragstellerin: Dr. Linda Brunotte
• Fachliche Zuordnung: Virologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386496948

Infektionen mit Influenza-A-Viren (IAV) führen zu schweren respiratorischen Krankheiten mit hoher Morbidität und Mortalität im Menschen. Zur antiviralen Behandlung stehen heutzutage mit den Neuraminidase-Hemmern und M2-Ionenkanal-Inhibitoren nur zwei wirksame Medikamentengruppen zur Verfügung, welche, aufgrund schnell entstehender Wirkstoffresistenzen, nur begrenzt einsetzbar sind. Die Erforschung von neuen Angriffspunkten zur Entwicklung von antiviralen Therapien gegen IAV ist daher von hoher Priorität. Bei IAV erfolgt die Replikation des viralen Genoms sowie die Synthese viraler mRNAs durch die viruseigene RNA-abhängige RNA-Polymerase und stellt einen komplexen, hochkontrollierten Prozess dar. Dadurch bietet die virale Polymerase einen idealen Angriffspunkt für neue Ansätze zur Entwicklung von hochwirksamen antiviralen Medikamenten. Neueste Hinweise deuten daraufhin, dass das zelluläre Ubiquitin-Proteasome-System durch post-translationale Ubiquitinylierung der viralen Polymerase bei der Regulation von Replikation und Transkription eine bedeutende Rolle spielt. Mittels Ubiquitin-spezifischer Massenspektrometrie konnten wir in infizierten Zellen 54 ubiquitinylierte Lysine in der IAV-Polymerase identifizieren. Davon sind 9 Lysine nicht nur in der Polymerase von IAV, sondern auch von Influenza-B- (IBV) und C-Viren (ICV), hoch konserviert und mit hoher Wahrscheinlichkeit für die enzymatischen Aktivitäten der viralen Polymerase essentiell. Strukturmodellierungen auf Basis der publizierten Kristallstruktur der IBV-Polymerase zeigen, dass viele der modifizierten Lysine nicht nur in funktionell hochrelevanten Regionen, wie z.B. Regionen für Protein-Interaktionen, Promoter-Bindung, Cap-Bindung und nukleären Lokalisationssignalen liegen, sondern auch im aktiven Zentrum der Endonuklease in der PA-Untereinheit lokalisiert sind. Die funktionelle Relevanz dieser Modifikationen für die Aktivität der viralen Polymerase ist bisher nicht bekannt. Ziel dieses Projektes ist es, aufzuklären welche Ubiquitin-Modifizierungen in die Regulation der viralen Polymerase-Aktivität involviert sind und den zugrundeliegenden funktionellen Mechanismus zu entschlüsseln. Durch siRNA- und Inhibitor-Studien in humanen Lungenepithelzellen sollen die für die funktionellen Modifikationen verantwortlichen zellulären Ubiquitin-Ligasen identifiziert werden. Schlussendlich soll in Inhibitor-Studien in humanem Lungengewebe die Basis für neue antivirale Ansätze gelegt werden, die auf der spezifischen Hemmung von zellulären E3-Ligasen in der humanen Lunge basieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen