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Projekt 1

Partikelmorphogene­se, Prinzipien und Mechanismen der Partikelmorphogenese von Retroviren

Bei Orthoretroviren sind alle strukturellen Informationen für Kapsidbildung und Partikelfreisetzung im Gag (group specific antigen) Polyprotein enthalten, so dass die alleinige Gag Expression zur Freisetzung von nicht-infektiösen, sogenannten virus like particles (VLPs) führt. Im Kontext des replikationsfähigen, infektiösen Viruspartikels wird das lipidmembranumhüllte retrovirale Kapsid durch das Gag Polyprotein gebildet, das während oder kurz nach der Partikelfreisetzung bei Orthoretroviren durch die Polymerase (Pol)-kodierte virale Protease (PR) in Matrix (MA), Kapsid (CA) und Nukleokapsid (NC) Untereinheiten prozessiert wird. Von der Art des Kapsidzusammenbaus her wird zwischen zwei Arten von Retroviren unterscheiden. Bei C-Typ Retroviren findet die Kapsidbildung komplett an zellulären Membranen statt, wohingegen bei B/D-Typ Retroviren die Kapside bereits vor dem Transport an zelluläre Membranen komplett im Zytoplasma gebildet werden. In den letzten Jahren konnten verschiedene funktionelle Domänen des retroviralen Gag Proteins charakterisiert werden, die für die Membranassoziation (M-Domänen), die Gag-Gag Proteininteraktion (I-Domänen) oder Interaktion mit zellulären Proteinen während der späten Phase der Partikelfreisetzung (L-Domänen) verantwortlich sind.
Unsere Untersuchungen zur Partikelmorphogenese von Retroviren konzentrieren sich auf eine spezielle Klasse von Retroviren, die Foamy- oder Spumaviren. Foamyviren (FV) bilden die einzige Gattung der Unterfamilie Spumaretrovirinae innerhalb der Familie der Retroviren (Retroviridae). Die FV Replikationsstrategie weißt ein Vielzahl von Besonderheiten gegenüber allen anderen Retroviren auf. Interessanterweise ähneln einige der besonderen Prozesse des FV Replikationszyklus mehr denen des Hepatitis B Virus (HBV) als denen von anderen Retroviren.
Das FV Gag Polyprotein und die FV Partikelmorphogenese unterscheiden sich in mehreren Aspekten deutlich von dem der Orthoretroviren. So findet beispielsweise keine Prozessierung des Gag Vorläuferproteins in MA, CA und NC Untereinheiten statt. Von der Kapsidbildung ähneln FV den B/D-Typ Retroviren und bauen ihr Kapsid im Zytoplasma vollständig zusammen bevor eine Membranlokalisation erfolgt. Eine Besonderheit der FV Partikelmorphogenese ist die essentielle Koexpression des viralen Glykoproteins (Env) für die Membranassoziation von Kapsiden und die Freisetzung von FV Partikeln. Außerdem wurde bei FV ähnlich wie HBV die Freisetzung von kapsidlosen, sogenannten subviralen Partikeln (SVPs) beobachtet, die nur das virale Glykoprotein enthalten.
 

Im Zusammenhang mit der mechanistischen Analyse des Zusammenbaus von retroviralen Kapsiden und der Partikelfreisetzung interessiert uns,

  • die Charakterisierung von essentiellen Domänen in den verschiedenen viralen Strukturproteinen, die für diese Prozesse benötigt werden;
  • die Analyse der Interaktion der verschiedenen viralen Strukturproteine untereinander und miteinander während dieser Stufe des FV Replikationszyklus;  
  • die Identifizierung von zellulären Interaktionspartnern und Transportmechanismen die von FV hierfür ausgenutzt werden;

  • die Entschlüsselung des Mechanismus der Regulation von viraler- versus subviraler Partikelfreisetzung.