Mechanism of resistance to and regulation of APOBEC3 antiviral activity
Final Report Abstract
Der Selektionsdruck seitens der Pathogene führte im Laufe der Evolution zur Entwicklung verschiedener Abwehrmechanismen. Neben der angeborenen und adaptiven Immunabwehr rückte in den letzten Jahren ein neuer Immunitätszweig in den Fokus der Wissenschaft, die sogenannte intrinsische Immunität. Dieser Begriff geht einher mit der Entdeckung zellulärer, antiviral wirkender Deaminasen aus der Familie der APOBEC3 Proteine (A3A, -B, -C, -DE, -F, -G und -H). Diese Proteine übten einen starken Selektionsdruck aus, so dass nur die Viren überleben konnten, die einen Weg gefunden haben diesen zellulären Replikationsblock zu umgehen. Retroviren verhindern in aller Regel, dass die Spezies-eigenen APOBEC3 Proteine in das neu entstehende Virion verpackt werden. HIV-1 nutzt dazu sein akzessorische Protein Vif. Bindet Vif an A3, führt dies zu einer Zerstörung des so markierten Proteins durch den zellulären Proteinabbauweg. Primaten Foamy-Retroviren können Menschen zoonotisch infizieren, haben jedoch kein vif Gen. Hingegen nutzen Foamyviren ihr Bet Protein, um sich vor dem antiviralen A3 Proteinen zu schützen In diesem Projekt haben wir den Mechanismus der Inhibierung der A3 Proteine durch das Bet Protein analysiert. Wir konnten zeigen, dass Bet direkt an A3 bindet, ohne das weitere Moleküle wie RNAs daran beteiligt sind. Bet bindet im A3C in der Dimerisierungsdomäne und inhibiert dabei die A3C-Dimerbildung. Dies alleine würde schon eine antivirale Aktivität des A3C unterbinden. Weiter konnten wir aber zeigen, dass Komplexe aus Bet und A3C nicht mehr in Virionen verpackt werden, aber auch nicht degradiert werden. Unsere Daten deuten darauf hin, dass durch die Bindung an Bet das A3 Protein im Zytoplasma in seiner Löslichkeit eine dramatische Veränderung erfährt, die vermutlich dazu führt, dass unlösliche, d.h. unbewegliche A3/Bet Komplexe entweder sub-zellulär sequestriert werden oder strukturell inkompatibel sind. Als Resultat dieser veränderten Eigenschaften Betsensitiver A3 Proteine wird ihre Inkorporation in Virionen verhindert, was zum Verlust der antiviralen Aktivität führt. Damit beschreiben die Ergebnisse dieser Arbeit einen neuen Weg, den Viren beschreiten um die A3 vermittelte Immunität auszuschalten. In einem weiteren Projektteil haben wir ein Strukturmodell des humanen A3C erstellt. Das Modell wurde experimentell überprüft unter dem Gesichtspunkt Protein-Oligomerizierung und Protein-RNA Interaktion. Die Ergebnisse zeigen, dass die Mutationen in der vorhergesagten Dimerisierungsdomäne des A3C die antivirale Aktivität und die enzymatische Aktivität aufheben können. Der mechanistische Hintergrund warum A3C Protein- Dimere bilden muss ist unbekannt und wird zurzeit in weiteren Studien untersucht. Ein weiteres Ergebnis war der Befund, dass kleine zelluläre RNAs auf der Oberfläche von A3C binden und diese RNA-Interaktion zwingen notwendig ist, damit A3C ins Viruspartikel verpackt werden kann. Insgesamt beleuchten unsere Ergebnisse eine komplexe Interaktion zwischen Retroviren, zellulären antiviralen Proteinen und viralen Resistenzmechanismen. Das genauere molekulare Verständnis der Restriktionen auf viraler wie auch antiviraler Ebene kann dazu genutzt werden neue antiretrovirale Therapien zu entwickeln.
Publications
- 2009. Model structure of APOBEC3C reveals a binding pocket modulating ribonucleic acid interaction required for encapsidation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Jul 21; 106(29):12079-84. Epub 2009 Jul 6
Benjamin Stauch, H. Hofmann, M. Weisel, K. Cichutek, C. Münk, and G. Schneider
- 2009. Species-specific inhibition of APOBEC3C by the prototype foamy virus protein bet. JBC 284(9):5819-26
Mario Perkovic, S. Schmidt, R. A. Russell, B. Stauch, H. Hofmann, F. Kopietz, B.-P. Kloke, J. Zielonka, H. Ströver, J. Hermle, D. Lindemann, V. K. Pathak, G. Schneider, M. Löchelt, K. Cichutek, and C. Münk
