Identifizierung der Mechanismen der Attenuierung von Viren durch Kodonpaar-Deoptimierung

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Michael Veit, seit 7/2020
• Fachliche Zuordnung: Virologie ; Tiermedizin
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424925074

Die Entwicklung von Impfstoffen mit traditionellen Ansätzen ist zeitaufwändig und unvorhersehbar. Sie scheitert, wenn die Reaktion auf neu auftretende Infektionskrankheiten am dringendsten erforderlich ist. Die Attenuierung durch Codon-Pair-Deoptimierung (CPD) ist eine neue Strategie, die eine effiziente und schnelle Attenuierung einer Vielzahl von Viren ermöglicht, einschließlich des Poliovirus und des Dengue-Virus. Die Attenuierung durch CPD basiert auf der Rekodierung von viralen Genomen im großen Maßstab. Dabei werden Kodonpaare in viralen Genen neu gemischt, ohne die Kodonpräferenz oder die Aminosäurezusammensetzung der kodierten Proteine zu verändern. Das Ziel ist, die Anzahl der Kodonpaare zu maximieren, die im Wirtsgenom unterrepräsentiert sind, da deoptimierte Viren langsamer replizieren. Die CPD hat ein immenses Potenzial, da sie für die Abschwächung vieler tierischer oder menschlicher Viren und anderer Erreger geeignet ist.Der Hauptnachteil des CPD-Ansatzes besteht jedoch darin, dass die molekularen Mechanismen, die zur Attenuierung führen, schwer zu fassen sind. CPD führt mehrere hundert Mutationen in rekodierte Gene ein, es ist jedoch nicht bekannt, welche der eingeführten genetischen Veränderungen für die Attenuierung verantwortlich sind. Solange dieses Problem nicht gelöst ist, ist es nicht möglich, rekodierte Virusimpfstoffe verantwortlich einzusetzen. Sobald wir die molekularen Grundlagen der Abschwächung durch CPD verstanden haben, wird es möglich, die Attenuierung zu verfeinern und bessere Virusimpfstoffe herzustellen. Das Hauptziel dieses Projekts ist es daher, die molekularen Mechanismen zu identifizieren, die der Virulenz-Abschwächung durch CPD zugrunde liegen. Um dies zu erreichen, verwenden wir das humane H1N1-Influenzavirus als Modellvirus. Wir haben eine Reihe von rekodierten H1N1-Mutanten hergestellt, in denen wir zwei Hauptsequenzmerkmale, die der Abschwächung zugrunde liegen, unabhängig voneinander variiert haben - die Anzahl und den Typ unterrepräsentierter Kodonpaare und die Anzahl der CpG-Dinukleotide. Unsere vorläufigen Studien haben bestätigt, dass die Einführung unterrepräsentierter Kodonpaare, nicht aber von CpG-Dinukleotiden, in rekodierten Genen zu einer Attenuierung der rekodierten Viren in vitro führt.Spezifisch werden wir vier große Unbekannte der Attenuierung durch CPD analysieren. i) Welche Kodonpaare sind hauptsächlich für die Abschwächung der rekodierten Viren verantwortlich; ii) Wie interferieren unterrepräsentierte Kodonpaare mit molekulare Mechanismen der Proteinsynthese; iii) Können durch CPD attenuierte Viren nach Passage in vitro ihre Virulenz wieder erlangen; iv) Was ist der Grad der Attenuierung und wie hoch ist ihre Wirksamkeit als Impfstoffe von Viren, die durch Kodon-Deoptimierung, Kodonpaar-Deoptimierung oder CpG-Maximierung generiert wurden. Dies wird uns erlauben zu ermitteln, welches der drei Rekodierungsverfahren für die Abschwächung des H1N1-Virus in vivo am besten geeignet ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Nikolaus Osterrieder, bis 6/2020