Die Retention des S-Proteins des Virus der übertragbaren Gastroenteritis der Schweine (TGEV): Bedeutung und Interaktion mit viralen und wirtszelleigenen Proteinen

• Applicant: Privatdozentin Dr. Christel Schwegmann-Weßels
• Subject Area: Veterinary Medical Science
• Term: from 2007 to 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 34957530

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

Das zur Familie der Coronaviren gehörende Virus der übertragbaren Gastroenteritis der Schweine (TGEV) verursacht Darminfektionen, die bei Saugferkeln ohne Immunschutz in der Regel tödlich verlaufen. Ein wichtiger Pathogenitätsfaktor ist das virale Oberflächenglykoprotein S. Es vermittelt die Bindung infektiöser Viren an den zellulären Rezeptor der Wirtszelle sowie die nachfolgende Fusion der behüllten Coronaviren mit der Zellmembran. Das S-Protein von TGEV enthält ein tyrosinbasiertes Rückhaltesignal, welches eine Retention des Proteins im ER-Golgi intermediären Kompartiment (ERGIC) bewirkt. Unsere Experimente mit rekombinanten TGE-Viren und virusähnlichen Partikeln (VLPs) haben gezeigt, dass der Einbau des S-Proteins in neu gebildete Viruspartikel ein intaktes Tyrosinsignal erfordert. Um die Bedeutung dieses Signals für die Virusbildung und –reifung zu verstehen, haben wir zelluläre Interaktionspartner identifiziert. Die Wechselwirkung des TGEV S-Proteins mit Tubulin wurde genauer analysiert. Eine Depolymerisierung der Tubulinfilamente führte zu einer veränderten Lokalisation des S-Proteins und zu einem verringerten Einbau des S-Proteins in neue Viruspartikel. Neben der Interaktion mit Tubulinen und einem intakten tyrosinbasierten Sortierungssignal ist die cystein-reiche Domäne im zytoplasmatischen Abschnitt des S-Proteins und ihre Palmitylierung wichtig für einen Einbau des Proteins in neu gebildete Viruspartikel. Für die Interaktion mit dem M-Protein ist das Tyrosin im zytoplasmatischen Abschnitt des S-Proteins nicht essentiell. Um die Virus-Wirts-Interaktion porziner enteropathogener Coronaviren in einem wirtsnahen System untersuchen zu können, haben wir erfolgreich ein ex vivo Infektionsmodell des porzinen Dünndarmepithels etabliert. An diesen Darmpräzisionsschnitten (PCIS) konnten wir zeigen, dass der Enterotropismus verschiedener TGEV- Stämme durch das S-Protein determiniert wird. Dieses ex vivo System ermöglicht die Erforschung enteropathogener Viren, die wenig oder nicht in Zellkultur wachsen, und bietet eine wertvolle Ergänzung zur Analyse von Erreger-Wirts-Interaktionen. In unseren Untersuchungen zur Co-Infektion von porzinem respiratorischen Coronavirus (PRCoV) und porzinen Influenza A Viren an Lungenpräzisionsschnitten (PCLS) und in Zellkultur zeigte sich eine negative Beeinflussung der beiden Virusspezies in ihrem Wachstum. Unsere Projektergebnisse haben einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Coronavirusinfektion geliefert. Die Identifizierung von zellulären Faktoren der Virusreifung, die Bedeutung des Retentionssignals für den Einbau des S-Proteins in Viruspartikel und das ex vivo-System zur Virusinfektion am Darm können Ansatzpunkte für antivirale Therapien liefern sowie Ausgangspunkt für weitere Forschungen im Bereich der Virus-Wirts-Interaktion sein.

Publications

• Untersuchungen zur Interaktion der zytoplasmatischen Domäne des TGEV S-Proteins mit zellulären Proteinen, Leibniz Universität Hannover, 2011
  Anna Trincone
  
• A lysine-methionine exchange in a coronavirus surface protein transforms a retention motif into an endocytosis signal. Biol Chem. 2014 Jun;395(6):657-65
  Paul, André; Trincone, Anna; Siewert, Sandra; Herrler, Georg & Schwegmann-Weßels, Christel
  
• Analyse der zytoplasmatischen Domäne eines Alphacoronavirus Spike-Proteins und ihrer Funktion beim Zusammenbau von Viruspartikeln, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, Dr. rer. nat., 2014
  Sandra Gelhaus (geb. Siewert)
  
• Palmitoylation of the Alphacoronavirus TGEV spike protein S is essential for incorporation into virus-like particles but dispensable for S-M interaction. Virology. 2014 Sep;464-465:397-405
  Gelhaus, Sandra; Thaa, Bastian; Eschke, Kathrin; Veit, Michael & Schwegmann-Weßels, Christel
  
• Looking for a needle in a haystack: Cellular proteins that may interact with the tyrosine-based sorting signal of the TGEV S protein. Virus Research 2015 Apr 16;202:3-11
  Trincone, Anna & Schwegmann-Weßels, Christel
  
• Analysis of viral and host factors influencing Alphacoronavirus life cycle in chiropteran and porcine cell lines, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, Dr. rer. nat., 2016
  Anna-Theresa Rüdiger
  
• Virology. 2016 Oct;497:185-97
  Rüdiger, Anna-Theresa; Mayrhofer, Peter; Ma-Lauer, Yue; Pohlentz, Gottfried; Müthing, Johannes; von Brunn, Albrecht & Schwegmann-Weßels, Christel
  
• Analysis of porcine precision-cut tissue slices infected by porcine coronaviruses and swine influenza A viruses, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, Dr. rer. nat., 2017
  Tanja Krimmling
  
• Comparison of mono- and co-infection by swine influenza A viruses and porcine respiratory coronavirus in porcine precision-cut lung slices. Res Vet Sci. 2017 Jul 26;115:470-477
  Krimmling, Tanja & Schwegmann-Weßels, Christel
  
• Infection of porcine precision cut intestinal slices by transmissible gastroenteritis coronavirus demonstrates the importance of the spike protein for enterotropism of different virus strains. Vet Microbiol. 2017 Jun;205:1-5
  Krimmling, Tanja; Beineke, Andreas & Schwegmann-Weßels, Christel