DynamicMembrane - Membranruptur und Membranreparatur: Virale Strategien der Membranumhüllung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Britta Brügger
• Fachliche Zuordnung: Virologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316659730

Eukaryontische Zellen sind durch membranumhüllte Organellen gekennzeichnet, die über das Abknospen von Vesikeln von Donormembranen und folgender Fusion mit Zielmembranen kommunizieren. Als obligatorisch intrazelluläre Parasiten nutzen Viren ähnliche Mechanismen, um ihre Lipidhülle zu assemblieren. Nukleocytoplasmatische, große DNA-Viren (NCLDVs) stellen eine Ausnahme dar und verfolgen eine ungewöhnliche Strategie der Membranumhüllung. Die Assemblierung der Lipidhülle verläuft über ein offenes Membranintermediat, das durch eine Membranruptur zu entstehen scheint. Dieses Intermediat formt eine Membran-Sphäre, die durch ein virales Gerüstprotein strukturiert wird und geöffnet bleibt, bis das virale Genom aufgenommen wurde. Wir nehmen an, dass die Membranassemblierung durch eine innerhalb der NCLDV-Viren konservierte Maschinerie kontrolliert wird. Unsere Untersuchungen zur Lipidzusammensetzung von Vaccinia-Viren (VACV) zeigen, dass die Membranhülle mit Lipiden angereichert ist, die eine Rolle als Membran-destabilisierende Komponenten spielen könnten. Erste 3D-Elektronentomographie (ET)-Ergebnisse deuten auf eine Schlüsselrolle eines VACV-Proteins in diesem Prozess hin. Es sollen Interaktionspartner dieses Proteins identifiziert werden, um die Membranmaschinerie rekonstruieren zu können, die für die virale Membranumhüllung erforderlich ist. Das VACV-Protein soll alleine und mit identifizierten Interaktionspartnern mittels Röntgenstrukturanalyse (mit Dr. Coulibaly, Monash, Melbourne) und Kryo-Elektronenmikroskopie untersucht werden. Parallel dazu werden wir die begonnenen massenspektrometrischen Lipidanalysen fortsetzen, um alle Lipidspezies von VACV-Partikeln und VACV-Membranintermediaten zu ermitteln. Wir erwarten, dass uns diese Untersuchungen erlauben werden, einzelne Lipide zu definieren, die eine Rolle bei dem Prozess der Membranassemblierung spielen. Die Funktion solcher Lipide bei der Membranassemblierung soll in in vitro- und zellulären Ansätzen untersucht werden. Hierzu soll beispielsweise das VACV-Protein, das eine wesentliche Rolle bei der Membranruptur zu spielen scheint, in Gegenwart definierter Lipide in Liposomen rekonstituiert werden. Ob und wie das VACV-Protein die liposomale Membran verändert, werden wir mittels Kryo-EM und content release-Ansätzen untersuchen. Parallel dazu werden wir mittels 3D-ET überprüfen, wie sich in infizierten Zellen die Hemmung bestimmter Lipide auf die Virusassemblierung auswirkt. Zusammenfassend sollen diese komplementären Ansätze ermöglichen, die molekularen Mechanismen von Membranruptur und -reparatur zu entschlüsseln. Diese Kenntnisse können einen wertvollen Beitrag zu der Entwicklung neuer Therapieformen leisten. Darüber hinaus sollen diese Untersuchungen dazu beitragen zu verstehen, ob solche Membrandynamiken auch in modernen Eukaryoten zu finden sind oder aber im Laufe der Evolution verloren gingen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Jacomine Krijnse Locker, Ph.D.