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Ein (RNA-)Ring sie zu knechten

 

Kritische Schritte beim Aufbau und der Rekrutierung von Ribonukleopartikeln des Lassa-Virus aufgedeckt
Das Lassa-Virus (LASV) ist der Erreger des hämorrhagischen Lassa-Fiebers, einer in Westafrika endemischen Krankheit, die jedes Jahr etwa 5.000 Todesfälle verursacht. Die Gruppen Uetrecht (CSSB, LIV, Uni Siegen), Kosinski (CSSB, EMBL) und Rosenthal (BNITM, CSSB) arbeiteten zusammen, um die entscheidende Rolle der RNA in kritischen Schritten des Lebenszyklus des Lassa-Virus aufzudecken. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
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Strukturvorhersage der ringförmigen Struktur des Nukleoproteins (NP) im Komplex mit dem Matrixprotein Z (links). RNA kann die Dissoziation des NP-Trimers induzieren, was NP-RNA-Assoziationen ermöglicht. Natives Massenspektrum des NP-Z-Komplexes, wobei sowohl das NP-Trimer als auch das Z-Protein nachweisbar sind (rechts). IMAGE: Sänger L et al. (2023) J Am Chem Soc.
Im menschlichen Körper produzieren 20.000 Gene mehr als eine Million verschiedene Formen von Proteinen. Das Lassa-Virus ist im Vergleich dazu winzig, denn es besteht aus nur vier Proteinen, die als L, NP, Z und GPC bekannt sind. "Wir versuchen zu verstehen, wie diese vier Proteine so schwerwiegende Schäden an menschlichen Zellen verursachen können", erklärt der Erstautor der Studie, Lennart Sänger, "die Aktivitäten und die Expression dieser Proteine müssen streng reguliert sein und die Proteine müssen effizient miteinander kommunizieren, um verschiedene Funktionen zu übernehmen."
Um das Virus zu schützen und vor der Entdeckung durch das Immunsystem zu verbergen, umschließt das Nukleoprotein (NP) das virale Genom in einem Kapsid. Dieses Kapsid bildet zusammen mit viraler RNA und dem L-Protein Ribonukleoprotein-Komplexe (RNPs). Um die Infektion zu verbreiten, müssen sich die RNPs ständig umstrukturieren, um die Replikation und Transkription des viralen Genoms zu ermöglichen. Die Forschenden untersuchten die Wechselwirkungen zwischen NP und viraler RNA sowie dem Z-Protein, um ein besseres Verständnis des Mechanismus und der Dynamik der RNP-Bildung und der Verpackung in neue Viruspartikel zu gewinnen.
Mit Hilfe der strukturellen Massenspektrometrie, einer Methode, die wie eine molekulare Waage funktioniert, indem sie das atomare Gewicht molekularer Wechselwirkungen aufzeigt, untersuchten die Forscher die Dynamik zwischen NP und viraler RNA. "Zunächst liegt das NP-Protein nicht in einer Zusammensetzung vor, die virale RNA binden kann", erklärt Charlotte Uetrecht, Leiterin der CSSB-Gruppe und Expertin für Massenspektrometrietechniken. "Es muss eine Veränderung stattfinden, um diese Bindung zu ermöglichen, und wir haben herausgefunden, dass virale RNA diese Veränderung selbst initiieren kann." Die Forscher identifizierten die RNA als Treiber für den Abbau von ringförmigen NP-Trimeren in Monomere, die dann in der Lage sind, RNA-gebundene NP-Strukturen höherer Ordnung zu bilden.
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Kritische Schritte im Lebenszyklus des Ribonukleopartikels (RNP) des Lassa-Virus. RNP-Zusammenbau: RNA mit einer kritischen Länge ist der ausreichende Faktor, um die NP-RNA-Assemblierung voranzutreiben, indem sie den Abbau des NP-Trimers und die NP-RNA-Monomer-Assemblierung einleitet. RNP-Rekrutierung: Z kann direkt an NP und unabhängig von RNA binden, was die RNP-Rekrutierung an die Zellmembran erleichtern kann. RNP-Freisetzung: Die NP-Z-Interaktion ist stark vom pH-Wert abhängig. Die Wechselwirkung ist bei endosomalem pH-Wert geringer, was ein Faktor für die RNP-Freisetzung aus der viralen Matrix sein könnte. IMAGE: Sänger L et al. (2023) J Am Chem Soc.
Die Forscher untersuchten auch die Interaktion von NP mit dem Z-Protein im Detail. Dazu verwendete die Kosinski-Gruppe AlphaFold, um die Interaktionsstelle des NP-Z-Komplexes vorherzusagen. Diese Vorhersagen wurden dann im Labor verifiziert. "Der Einsatz von künstlicher Intelligenz ermöglichte es uns, mögliche Interaktionen schnell zu identifizieren und Mutanten zu erzeugen, um unsere Hypothese zu überprüfen", erklärt Jan Kosinski. Die Forschenden konnten schließlich zeigen, dass NP zwar unabhängig von der Anwesenheit von RNA an Z bindet, diese Wechselwirkung aber pH-abhängig ist.
"Insgesamt tragen diese Ergebnisse dazu bei, unser Verständnis der RNP-Assemblierung, -Rekrutierung und -Freisetzung im Lassa-Virus zu verbessern", erklärt Maria Rosenthal, Lassa-Virus-Expertin am Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin und assoziiertes Mitglied des CSSB. Bis zum Jahr 2030 werden in Westafrika 186 Millionen Menschen von einer Lassa-Virus-Infektion bedroht sein, und die Weltgesundheitsorganisation erkennt das Lassa-Virus als gefährlichen und noch nicht ausreichend erforschten Erreger an. "Wenn wir verstehen, wie das Lassa-Virus funktioniert, können wir möglicherweise Moleküle entwickeln, die die Replikation dieses Virus hemmen und das Lassa-Fieber behandeln", so Rosenthal.

Originalveröffentlichung:
Sänger L, Williams HM, Yu D, Vogel D, Kosinski J, Rosenthal M, Uetrecht C (2023) RNA to Rule Them All: Critical Steps in Lassa Virus Ribonucleoparticle Assembly and Recruitment. J Am Chem Soc. doi: 10.1021/jacs.3c07325.

 
 
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