Virale Makrodomänen: biochemische Charakterisierung und Rolle in der Regulation zellulärer ADP-Ribosyltransferasen

Abstract

Coronaviren waren bis zur Covid-19-Pandemie als relativ harmlose Viren bekannt, die zumeist mild verlaufende Erkrankungen des oberen Respirationstraktes verursachen. Sie sind behüllte Viren, die über eine Einzelstrang-RNA positiver Polarität verfügen. Neben den Strukturproteinen sind die Nichtstrukturproteine Gegenstand aktueller Forschung. Die konservierte coronavirale Makrodomäne (MacD) ist Teil des Nichtstrukturproteins 3 (nsp3). Sie besitzt ADP-Ribose-1”-Monophosphatase-Aktivität, kann an ADP-Ribose binden und hat De-mono-ADP-Ribosylierungsaktivität. Diese Aktivitäten interferieren sehr wahrscheinlich mit den durch die Wirtszelle initiierten antiviral wirkenden posttranslationale Modifikationen zellulärer und/oder viraler Proteine und steigern so die virale Virulenz oder Replikationseffizienz. Für diese Dissertationsschrift wurden die Makrodomänen des Hepatis-E-Virus, des Chikungunya-Virus, des Weißbrassenvirus und des humanen Coronavirus 229E sowie davon abgeleitete durch ortsspezifische Mutagenese generierte Varianten in E. coli exprimiert, aufgereinigt und hinsichtlich ihrer De-mono-ADP-Ribosylierungsaktivität untersucht. Dadurch konnte gezeigt werden, dass bestimmte Aminosäuresubstitutionen innerhalb der Makrodomäne zur Beeinträchtigung der Aktivität oder zum Funktionsverlust führen. Mögliche Ursachen dieser reduzierten Aktivität werden auf der Grundlage vorhandener Strukturmodelle diskutiert. Virale Infektionen führen zu einer umfassenden zellulären Antwort, einschließlich der angeborenen Immunantwort. Dazu gehören auch postranslationale Modifikationen von Proteinen durch zelluläre poly(ADP-Ribose)-Polymerasen (PARPs) und die Ausschüttung von Interferonen. Im Rahmen einer Transkriptomanalyse wurde die differentielle Genexpression von Interferon-kompetenten MRC-5-Zellen nach Infektion mit dem humanen Coronaviren 229E (Wildtyp und Makrodomänen-Mutanten) untersucht. Die hier gezeigten Daten erweitern das Verständnis für die Struktur und Funktionsweise der coronaviralen Makrodomäne und geben Einblicke in die zelluläre Antwort auf Infektionen von Viren, die aktive oder inaktive Makrodomänen kodieren.