Antivirale Aktivität von Guanylat-bindenden Proteinen und virale Gegenmaßnahmen

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Kirchhoff
• Fachliche Zuordnung: Virologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400912104

Guanylat-bindende Proteine (GBPs) sind Interferon-induzierbare GTPasen, die eine wichtige Rolle in der angeborenen Immunität gegen Bakterien und Protozoen spielen. Der Mensch kodiert für insgesamt sieben GBP-Paraloge. Mit Hilfe evolutionsbiologischer Genomanalysen, Transkriptom-Untersuchungen und Protein-Interaktionsdaten konnten wir zeigen, dass eines davon (GBP5) Eigenschaften bekannter antiretroviraler Restriktionsfaktoren aufweist. Funktionsanalysen bestätigten, dass GBP5 die Replikation von HIV-1 und anderen Retroviren hemmt, indem es die Prozessierung und Virion-Inkorporation des viralen Hüllproteins (Env) beeinträchtigt. Diese inhibitorische Aktivität erfordert die Isoprenylierungs-abhängige Golgi-Lokalisierung von GBP5, nicht jedoch dessen GTPase-Funktion. GBP5 hemmt HIV-1 sehr effizient in Makrophagen, und einige aus dem Gehirn isolierte HIV-1-Stämme entziehen sich dieser antiviralen Wirkung durch einen ungewöhnlichen Mechanismus: Mutationen im Startkodon von vpu erhöhen die Env-Expression auf Kosten der Vpu-Funktion. Unsere laufenden Untersuchungen zeigen außerdem, dass GBP5 durch IL-27 und TCR-CD3-Stimulierung induzierbar ist, GBP2 ebenfalls die lentivirale Replikation hemmt und die antivirale Aktivität evolutionär konserviert ist. Im vorgeschlagenen Projekt wollen wir den Wirkmechanismus und die Relevanz der antiviralen Aktivität von GBP-Proteinen aufklären. Zunächst werden wir die Domänen in GBP5 bestimmen, die für die antivirale Aktivität essentiell sind und ihre Wirkung auf die Env-Prozessierung, den intrazellulären Transport, sowie den Einbau in Viruspartikel, analysieren. Darüber hinaus werden wir untersuchen, wie sich die Sensitivität von HIV-1 und HIV-2 gegenüber GBP2 und GBP5 nach der Übertragung von SIVs aus Menschenaffen und Rußmangaben entwickelt hat, um zu klären, ob GBPs eine Barriere gegen virale Zoonosen darstellen. Diese Untersuchungen werden auch neue Erkenntnisse drüber liefern wie sich diese Viren der Hemmung durch GBP2/5 entziehen oder ihr entgegenwirken. Ein weiterer Schwerpunkt ist die gezielte Regulation der GBP2 und GBP5-Expression in primären viralen Zielzellen durch verschiedene Zytokine. Unsere vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass GBP2 und GBP5 nicht nur Retroviren hemmen. Um das antivirale Wirkspektrum zu bestimmen werden wir daher den Effekt von GBPs auf eine Vielzahl viraler Pathogene wie Influenza-, Ebola-, Marburg-, Tollwut-, Zika-, Lyssa-, Respiratory-Syncytial- und SARS-Coronaviren untersuchen. Die Ergebnisse werden wichtige Einblicke in antivirale Abwehrmechanismen und virale Gegenmaßnahmen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen