Speziesunterschiede und Inhibitionscharakterisierung der Interaktion zwischen HBV/HDV und dem spezifischen Rezeptor NTCP

Abstract

Das Na + /Taurocholate Cotransporting Polypeptide (NTCP, SLC10A1) ist in seiner physiologischen Rolle von wesentlicher Bedeutung für die Aufrechterhaltung der enterohepatischen Zirkulation der Gallensäuren. NTCP transportiert Gallensäuren aus dem Blut in die Leberzellen hinein. NTCP wird exklusiv nur von Leberzellen exprimiert und ist dort in der dem Blut zugewandten Membran der Hepatozyten lokalisiert. Seine gewebespezifische Expression und physiologische Bedeutung als Membrantransporter für Gallensäuren machen NTCP zu einem geeigneten Ziel an der Zelloberfläche für Substanzen und Lebensformen, die spezifisch die Leber als Ziel haben. Vermutlich genau deshalb hat es sich für das Hepatitis B Virus (HBV) und das Hepatitis Delta Virus (HDV) im Laufe der Evolution bewährt, NTCP als Rezeptor für den Viruseintritt zu kapern. Durch die Entdeckung der hochspezifischen Rezeptorfunktion von NTCP für HBV und HDV wurde die Grundlage für die Forschung an neuen Therapiemöglichkeiten für HBV gelegt. Interessanterweise konnte gezeigt werden, dass Gallensäuren und bekannte Inhibitoren der Transportfunktion von NTCP mit der HBV-Infektion interagieren können und es schien zunächst, dass eine Blockade der HBV Infektion stets mit der Blockade der physiologischen Transportfunktion einhergeht. Um die Mechanistik dieser Virus-Rezeptor-Bindung besser zu verstehen, wurden in dieser Arbeit die NTCP/Ntcps verschiedener nahe verwandter Spezies kloniert, verglichen und auf ihre Funktion als Rezeptoren für HBV, HDV und WMHBV (Woolly Monkey Hepatitis B Virus) untersucht. Das WMHBV wurde in die Untersuchungen mit einbezogen, weil durch die Klonierung von Ntcps aus Alt- und Neuweltaffen naheliegend war, auch die Wirtsspezifität eines Neuwelt-Hepadnavirus zu untersuchen. In unseren Studien zeigte sich, dass die Aminosäure an der Position 158 des Ntcps der entscheidende Faktor für die Wirtsspezifität aller untersuchten Viren war und die Gruppe der Altweltaffen klar abgrenzt. Alle Altweltaffen tragen die Variante 158R und sind infektionsresistent, während die anderen Gruppen mit der Variante 158G empfänglich sind. Durch diese Entdeckung konnten wir gezielte Mutationen am humanen NTCP an der Stelle 158 untersuchen und kamen zu dem Ergebnis, dass NTCP durch Mutation von lediglich einer Aminosäure resistent gegenüber HBV-, HDV- und WMHBV-Infektion gemacht werden kann. Gleichzeitig jedoch blieb die Transportfunktion für Gallensäuren weitestgehend unberührt. Wir schließen daraus, dass es möglich ist, Arzneistoffe zu entwickeln, welche diesen Effekt nachahmen und dadurch die physiologische Transportfunktion von NTCP unberührt lassen, während sie effektiv Schutz gegenüber HBV oder HDV Infektion bieten. The "Na+/Taurocholate Cotransporting Polypeptide" (NTCP, SLC10A1) plays an essential physiological role in maintaining the enterohepatic circulation of bile acids. NTCP transports bile acids from the blood into the liver cells. NTCP is exclusively expressed by liver cells and inserted into the hepatocyte membrane facing the blood. Its tissue-specific expression and physiological importance as a membrane transporter for bile acids make NTCP a suitable target at the cell surface for substances and life forms that specifically target the liver. This is probably the reason why NTCP has proven itself as a receptor for the hepatitis B virus (HBV) and the hepatitis delta virus (HDV) in the course of evolution. The discovery of the highly specific receptor function of NTCP for HBV and HDV laid the foundation for research into new therapeutic options for HBV. Preliminary work has shown that bile acids and known inhibitors of the transport function of NTCP can interact with HBV infection; it seemed at first that a blockade of HBV infection is always accompanied by a blockade of the physiological transport function. To better understand the mechanistic of this virus-receptor-binding, the NTCP/Ntcps of various closely related species were cloned, compared and examined for their function as receptors for HBV, HDV and WMHBV (woolly monkey hepatitis B virus). The WMHBV was included in the investigations because the cloning of Ntcps from Old and New World apes made it obvious to investigate the host-specificity of a New World hepadnavirus. Our studies showed that the amino acid at position 158 in the Ntcps was a decisive factor for the host specificity of all investigated viruses and that the group of Old World monkeys clearly differs from the other groups. The Old World monkeys all carry the variant 158R and are infection resistant while the other groups with 158G are susceptible. This discovery enabled us to investigate specific mutations in human NTCP at site 158 and concluded that NTCP can be made resistant to HBV, HDV and WMHBV infections by mutating only one amino acid. At the same time, however, the transport function for bile acids remained largely unaffected. We conclude that it is possible to develop drugs that mimic this effect, leaving the physiological transport function of NTCP largely unaffected, while they effectively protect against HBV or HDV infection.