Linking structure and function of individual virus particles

• Applicant: Dr. Evelyn Plötz
• Subject Area: Biophysics ; Virology
• Term: from 2013 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 238802862

Viren stellen ein weltweites Gesundheitsrisiko dar. Trotz intensiver, fächerübergreifender Forschung sind ihre Angriffsmechanismen jedoch oftmals unverstanden. Dies gilt derzeit auch im Fall des Dengue-Virus. Aufgrund des komplexen Krankheitsverlaufs ist es bisher nicht gelungen einen wirksamen Impfstoff zu entwickeln. Eine Ursache hierfür ist sicherlich, dass Methoden fehlen, um effizient Informationen über die Größe, Morphologie oder die Anordnung der Oberflächenproteine (beispielsweise bei Clusterbildung) in vitro oder in vivo zu gewinnen. Bislang sind solche Informationen ausschließlich durch aufwändige Techniken wie Cryo-Elektronenmikroskopie (Cryo-EM) zugänglich, bei denen der Virus in einem künstlichen, inaktiven Zustand vorliegt. Dies führt dazu, dass die ermittelten Eigenschaften nicht direkt mit der tatsächlichen Pathogenität der untersuchten Viren verknüpft werden können. Im Fall des Dengue-Virus spielt jedoch gerade die Anzahl und Oberflächenanordnung der Glykoproteine eine entscheidende Rolle für den Infektionsgrad. Es ist daher zwingend notwendig, Methoden zu entwickeln, die diese Eigenschaften schnell und in einer biologisch relevanten Umgebung erfassen können.Im Rahmen dieses Projektes beabsichtigen wir daher, eine auf optischer Lichtmikroskopie basierende Methode zu entwickeln, die es uns in vitro und in vivo erlaubt, eine Verbindung zwischen Struktur und Funktion einzelner Viruspartikel herzustellen.Vorhaben i: Hierzu werden wir das sogenannte ''virus PAINT'' (vPAINT) Bildgebungsverfahren (weiter-)entwickeln und anwenden. vPAINT basiert auf Superresolution-Fluoreszenzmikros-kopie und erlaubt die Aufnahme von optischen Bildern von Viren mit einer Auflösung von wenigen Nanometern. Die Aufnahmen liefern direkte Informationen über die Größe und Morphologie des Virus sowie über die Verteilung der Oberflächenproteine. Zudem können sie dynamisch und unter ''live-cell''-kompatiblen Laborbedingungen aufgezeichnet werden. Sie kommen also ohne Färben, Einfrieren oder Sektionierung der Probe aus und stellen keine zusätzlichen Symmetrieanforderungen.Vorhaben ii: Mit Hilfe dieser neuartigen optischen Methode werden wir wichtige Fragen zum Zusammenhang zwischen der Pathogenität des einzelnen Dengue-Viruspartikels und seines Entwicklungsstands beantworten. Die Verteilung und Anzahl der Membranproteine (Virusstruktur) der einzelnen Viren sollen mit ihrer Fähigkeit, mit der Membran zu fusionieren (Virusfunktion), korreliert werden.

• DFG Programme: Research Fellowships
• International Connection: Netherlands
• Host: Professor Dr. Thorben Cordes