Rolle der viruskodierten Makrodomäne in der differentiellen Genexpression HCoV-229E-infizierter Zellen - Seeber, Lisa-Marie; Justus Liebig University Giessen (My University, 2025)
Coronaviren kodieren in ihren Replikase-Genen insgesamt 16 Nichtstrukturproteine (nsp). Diese werden als nsp1 bis nsp16 bezeichnet und durch viruskodierte Proteasen aus zwei Polyproteinen freigesetzt. Das größte dieser Nichtstrukturproteine ist nsp3, welches zahlreiche funktionelle Domänen enthält, zu denen auch die Makrodomäne (MacD) gehört. Die MacD besitzt unter anderem eine De-ADP-Ribosylierungsaktivität und kann somit Einfluss auf Art und Umfang der ADP-Ribosylierung viraler und/oder zellulärer Proteine in der infizierten Zelle nehmen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Auswirkung einer Infektion mit HCoV-229E WT bzw. MacD-Mutanten auf die Virusreplikation, Genexpression und Proteinregulation in verschiedenen Zelltypen analysiert. Zusätzlich wurde der Einfluss einer IFN-β-Vorbehandlung auf die HCoV-229E-Infektion charakterisiert. Dabei wurde eine IFN-β-induzierte Verringerung der Virustiter und eine auf dem Zellrasen lokal begrenzte Infektion in MRC-5- und A549CD13+/TMPRSS2+-Zellen gezeigt. Darüber hinaus konnte eine differentielle Genregulation durch IFN-β-Zugabe und/oder HCoV-229E-Infektion nachgewiesen werden. Bei der Genexpressionsanalyse wurden Poly-(ADP-Ribose)-Polymerasen (PARPs) näher betrachtet, da diese eine ADP-Ribosylierungsaktivität aufweisen und damit als Gegenspieler der viralen MacD agieren können. Anhand ihrer jeweiligen Expressionscharakteristika erfolgte eine Einteilung in infektions- (PARP7) bzw. IFN-β-spezifisch (PARP9) vermehrt exprimierte PARPs. Eine reduzierte PARP7-Proteinmenge bzw. eine pharmakologisch inhibierte PARP7-Aktivität zeigten überraschenderweise keine signifikante Änderung der Virusreplikation in A549CD13+/TMPRSS2+-Zellen, obwohl ein PARP7-Knockdown die IFN-β-Synthese beeinflusst. Diese Ergebnisse deuten auf ein komplexes Zusammenspiel verschiedener PARPs hin. Ausgewählte PARP7-assoziierte Gene, die an der antiviralen Immunantwort beteiligt sind, zeigten zelltypabhängig eine veränderte Genexpression und Proteinregulation in infizierten Zellen. Eine Analyse verschiedener HCoV-229E-MacD-Mutanten ergab, dass der Austausch einer einzelnen MacD-Aminosäure (N1357) einen stärkeren Einfluss auf die zelluläre Genexpression hat als andere MacD-Mutanten, bei denen die MacD vollständig deletiert oder katalytisch inaktiv war. IFN-β-vorbehandelte sowie mit HCoV-229E_N1357H, HCoV-229E_N1357Q oder HCoV-229E_N1357S infizierte A549CD13+/TMPRSS2+-Zellen-Zellen zeigten eine erhöhte IFN-β-Synthese. Die Daten zeigen HCoV-229E-MacD als einen Regulator der antiviralen Abwehr des Wirts, der die PARP-Expression, die IRF3- und FRA1-assoziierte Signalwege sowie die ADP-Ribosylierung moduliert. MacD-Mutanten, insbesondere solche mit Veränderungen an N1357, lösten eine stärkere Immunaktivierung aus als katalytisch inaktive oder Deletionsmutanten, was auf spezifische Funktionen einzelner MacD-Aminosäuren zur Modulation der angeborenen Immunantwort hinweist. Insgesamt unterstreichen diese Ergebnisse die vielseitige Rolle der MacD in Coronavirus–Wirt-Interaktionen und deuten darauf hin, dass ihre strukturellen Eigenschaften die Immunregulation entscheidend beeinflussen können. Damit könnten virale MacDs ein potenzielles Target für die Entwicklung neuer antiviraler Therapeutika und attenuierter Lebendimpfstoffe gegen Coronavirusinfektionen sein.
Keywords: Coronaviren; Makrodomäne; Genregulation; PARP; ddc:570