Die Rolle von Lipidtröpfchen in der Bildung von Coronavirus-induzierten replikativen Organellen

• Antragstellerin: Dr. Christin Müller-Ruttloff
• Fachliche Zuordnung: Virologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530813989

Die virale RNA-Synthese von Coronaviren und zahlreichen anderen Plusstrang-RNA-Viren (+ssRNA-Viren) erfolgt an virusinduzierten Membranstrukturen im Zytoplasma infizierter Zellen. Diese werden als replikative Organellen (ROs) bezeichnet und dienen als Gerüst für die Assemblierung von Protein-RNA-Komplexen der viralen replikativen Enzyme und ihrer Kofaktoren und Substrate. Die Bildung von coronaviralen ROs ist bisher nur unzureichend verstanden. Es gibt jedoch zunehmend Hinweise, dass membranumgebene Lipidtröpfchen (engl. lipid droplets, LDs) maßgeblich an ihrer Bildung beteiligt sind. LDs sind dynamische zelluläre Organellen mit Schlüsselfunktionen in der Membranbiogenese, dem Transport von Lipiden, der Energiespeicherung und der Verhinderung von Lipotoxizität. In eigenen Vorarbeiten wurden Coronavirus-induzierte ROs in unmittelbar Nähe zu LDs beobachtet. Darüber hinaus wurde in Coronavirus-infizierten Lungenfibroblasten eine vermehrte Akkumulation von LDs nachgewiesen, die mit den virusinduzierten ROs kolokalisierten, und eine pharmakologische Inhibition der LD-Bildung führte zu einer Reduktion der Anzahl viraler ROs. Diese Daten unterstützen die Hypothese, dass LDs an der Bildung von coronaviralen ROs durch die Bereitstellung von Lipiden und anderen essenziellen Faktoren beteiligt sind. Ähnliche Mechanismen wurden bereits für andere +ssRNA-Viren (Poliovirus, Denguevirus) beschrieben und deuten auf eine mögliche (partielle) Konservierung der an der strukturellen Reorganisation +ssRNA-Virus-infizierter Zellen beteiligten Mechanismen. Der Projektvorschlag verfolgt daher das Ziel, eine potentielle, funktionell relevante LD-Beteiligung an der Replikation unterschiedlicher Corona- und anderer Nidoviren zu evaluieren. Dabei soll (i) eine generelle Anreicherung von LDs in Corona- und/oder Nidovirus-infizierten Zellen untersucht werden. Weiterhin sollen (ii) LD-assoziierte Wirtsfaktoren mittels massenspektrometrischer Analysen aufgereinigter LDs identifiziert und ihre potentielle (essentielle oder unterstützende) Funktion für die Replikation von Coronaviren untersucht werden. In diesem Kontext soll auch die Lokalisation der identifizierten Faktoren mittels CLEM-Analyse analysiert werden, um beispielsweise Hinweise auf Funktionen als Bindepartner zwischen LDs und ROs zu erhalten. Abschließend soll (iii) eine potentielle direkte Assoziation von LDs mit ROs über Membrankontaktstellen mittels Kryoelektronentomographie bestätigt und detailliert charakterisiert werden. Die Arbeiten werden wichtige neue Einblicke in die molekularen Mechanismen gewähren, die an der Bildung der für die Coronavirusreplikation essentiellen ROs beteiligt sind. Ein besseres Verständnis dieser LD-RO-Interaktionen wird wesentlich dazu beitragen, neue konservierte zelluläre und virale Zielstrukturen zu identifizieren, die als Ausgangspunkt für die Entwicklung geeigneter therapeutischer Strategien gegen aktuell zirkulierende und neu auftretende Coronaviren dienen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen