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.
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.
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.