Interaktion von Heptatitis B Kapsid Partikeln mit Fragmenten der Oberflächenproteine und Umhüllungs-interferierenden Peptiden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Hepatitis-B-Virus ist ein Krankheitserreger des Menschen, mit denen mehr als 250 Millionen Personen chronisch infizierten sind. Das Virus besteht aus einem ikosaedrischen Kapsid mit exponierten Spikes. Dieses Kapside ist von einer pleomorphen Lipid-Hülle umgeben, die dicht mit Oberflächenproteinen besetzt ist. Nur umhüllte Kapside sind infektiös und werden als reife Viren sekretiert. Daher liegt es nahe, dass Substanzen, die die Wechselwirkung von Oberflächenproteinen und Kapsidproteinen unterbrechen, eine antivirale Wirkung haben. Die Wechselwirkung zwischen Kapsiden und Hülle findet an den Spikes statt. Es ist aber immer noch umstritten, ob die Oberflächenproteine an die Spitzen der Spikes binden oder an eine Tasche in der Mitte der Spikes. Wir haben die Bindung von Fragmenten der Oberflächenproteine an die Kapside untersucht und fanden nur eine sehr schwache Bindung. Durch zusätzlicher Avidität von mehreren miteinander verknüpften Bindungsstellen, konnten wir eine Interaktion zwischen Kapsiden und Oberflächenproteinen beobachten. Im Gegensatz dazu binden Peptide, die die Umhüllung von Kapsiden unterbinden, sehr viel stärker und dekorieren die Spitzen der Spikes vollständig. Dabei werden die Spikes auseinander gedrückt, ohne dass sich ihre Struktur stabilisiert. Der selbe Bindemechanismus wird bei Kapsidmutanten beobachtet, die entweder einen verlangsamten (P5T, L60V) oder einem vorzeitigen (F97L) Sekretionsphenotyp zeigen. Die Tasche in der Mitte der Spikes bindet kleine hydrophobe Moleküle. Bei großen aromatischen Resten ist die Binding besonders stark und verändert sogar die Rotamer-Konformation der anliegenden Aminosäure F97. Die Bindungsstellen an der Spitze und in der Mitte des Spikes können gleichzeitig ihre jeweiligen Bindepartner binden. Bei den Kapsidmutanten korrelieren die Bindungsmodi jedoch nicht mit den berichteten Sekretionsphänotypen, so dass es unwahrscheinlich erscheint, dass der jeweilige Phenotyp auf Veränderungen im Bindeverhalten zurückzuführen ist. Basierend auf unseren Bindungsstudien haben wir neue Bindungspartner mit erhöhter Affinität entwickelt. Das am stärksten bindende Molekül hat eine nanomolare Affinität und aggregiert Kapside effektiv in vitro. Unter Ausnutzung dieser Eigenschaft haben wir den Binder weiter optimiert, so dass er in lebende Zellen eindringt und dort effizient Kapside aggregiert. Wir glauben, dass dieser Binder weiter optimiert werden kann, so dass Kapside gezielt aus dem viralen Reifungszyklus des Virus durch Phasenseparation entfernt werden können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Protein Data Bank (PDB): 7OCO (L60V-HBc), 7OCW (P5T-HBc), 7OD4 (WT-HBc), 7OD6 (WT-HBc + P2), 7OD7 (WT+SLLGRM), 7OD8 (L60V-HBc + P2)
Makbul et al.
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Protein Data Bank (PDB): PDB-7PZ9 (HBc-F97L), PDB-7PZI (HBc-F97L+TX100), PDB- 7PZK (HBc +TX100), PDB-7PZN (HBc +TX100+SLLGRM), PDB-7PZL (HBc-L60V +TX100), PDB-7PZM (HBc-P5T +TX100)
Makbul et al.
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Binding of a Pocket Factor to Hepatitis B Virus Capsids Changes the Rotamer Conformation of Phenylalanine 97. Viruses, 13(11), 2115.
Makbul, Cihan; Kraft, Christian; Grießmann, Matthias; Rasmussen, Tim; Katzenberger, Kilian; Lappe, Melina; Pfarr, Paul; Stoffer, Cato; Stöhr, Mara; Wandinger, Anna-Maria & Böttcher, Bettina
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Conformational Plasticity of Hepatitis B Core Protein Spikes Promotes Peptide Binding Independent of the Secretion Phenotype. Microorganisms, 9(5), 956.
Makbul, Cihan; Khayenko, Vladimir; Maric, Hans Michael & Böttcher, Bettina
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Electron Microscopy Data Bank: EMD-12810 (L60V-HBc), EMD-12815 (P5T-HBc), EMD-12819 (WT-HBc), EMD-12820 (WT-HBc+P2), EMD-12821(WT-HBc + ‘SLLGRM’), EMD-12822 (L60V-HBc + P2), EMD-12823 (F97L-HBc+P1), EMD-12824 (F97L- HBc + P2), EMD-12825, (P5T-HBc + P2).
Makbul et al.
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EMD-13726 (HBc-F97L), EMD-13728 (HBc-F97L+TX100), EMD-13731 (HBc +TX100), EMD-13734 (HBc +TX100+SLLGRM), EMD-13732 (HBc-L60V +TX100), EMD-13733 (HBc-P5T +TX100).
Makbul et al.
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Induction of Hepatitis B Core Protein Aggregation Targeting an Unconventional Binding Site. eLife Sciences Publications, Ltd.
Khayenko, Vladimir; Makbul, Cihan; Schulte, Clemens; Hemmelmann, Naomi; Kachler, Sonja; Böttcher, Bettina & Maric, Hans M.
