Struktur und Funktion des Glykoprotein 3 des porzinen reproduktiven und respiratorischen Syndrom Virus
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Arteriviren sind umhüllte RNA-Viren und insbesondere das Virus des Porzinen Reproduktiven und Respiratorischen Syndroms (PRRSV) ist weltweit ein wichtiger Erreger in Schweinbeständen. Seit ihrer Entdeckung haben PRRSV-Stämme sich rasch diversifiziert, was auch zur Entstehung hochpathogener Varianten geführt hat. Wir untersuchten die Struktur und Prozessierung der Membranproteine, den Gp5/M Dimer sowie den Trimer, gebildet aus Gp2, Gp3 und Gp4. Gp5 und M sind an Cysteinen in der zytoplasmatischen Domäne mit Fettsäuren acyliert. Diese Modifikation ist essentiell für die Virusreplikation, vermutlich weil es die Assemblierung viraler Proteine ermöglicht. Mit Hilfe von AlphaFold2 gelang es uns erstmals, die 3D-Struktur von Gp5 und M präzise zu bestimmen. Die ermittelte Konformation gibt Aufschluss wie Gp5/M Lipidmembranen verformen könnte, ein entscheidender Schritt bei der Bildung von Viruspartikeln. Die Überlappung der Gene, die Membranproteine codieren, erschwert deren Veränderung sowie die Anbringung von Peptidsequenzen für die Antikörpererkennung. Unsere Forschung zeigt, dass solche Markierungen instabil sind und zur Wildtyp-Sequenz zurückkehren, was auf einen noch nicht vollständig verstandenen Fitnessnachteil hinweist. Wir haben aber ein Virus erzeugt, das eine HA-Markierung am C-Terminus von Gp4 trägt, dessen Gen aber nicht mit dem folgenden Gen überlappt. Dann konzentrierten wir uns auf den Gp2, Gp3 und Gp4 Komplex. Gp2 und Gp4 sind typische Typ-1-Transmembranproteine, während Gp3 eine einzigartige haarnadelartige Membrantopologie besitzt. Sowohl der N- als auch der C-Terminus sind im Lumen des ER, wo eine interne amphiphile Helix das Protein an der Membran verankert. Wir zeigen, dass der C-Terminus zwar für die Vermehrung von PRRSV von Vorteil, aber nicht essentiell ist. Im Gegensatz dazu erweisen sich Mutationen in der amphiphilen Helix als entweder letal oder führen zu schweren Wachstumsdefekten. Dies zeigt die entscheidende Bedeutung der biophysikalischen Eigenschaften der Helix und ihrer spezifischen Aminosäuresequenz, was auf eine Funktion jenseits der Membranverankerung von Gp3 hinweist. Die von AlphaFold2 vorhergesagte Struktur des Gp2/Gp3/Gp4-Trimers zeigt, dass die amphiphile Helix von Gp3 in die Membran inseriert ist, und zwar in der Nähe der Transmembranregionen von Gp2 und Gp4. Dies legt nahe, dass die amphiphile Helix ein Fusionspeptide sein könnte, das an der Membranfusion während des Viruseintritts mitwirkt. Im Gegensatz dazu ist der C-Terminus unstrukturiert, was mit seiner hohen Aminosäurevariabilität zwischen PRRSV-Stämmen übereinstimmt. Das Fehlen von Disulfidbindungen zwischen den kleinen Glykoproteinen in der vorhergesagten Struktur unterscheidet sie von dem Equinen Arteritis Virus, dem Prototyp der Arterivirien, eine Beobachtung, die wir auch experimentell bestätigt haben. Zusammenfassend trägt diese Forschung dazu bei, unser Verständnis von Arteriviren zu vertiefen und ihre einzigartigen strukturellen und funktionalen Eigenschaften aufzudecken.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Palmitoylation of the envelope membrane proteins GP5 and M of porcine reproductive and respiratory syndrome virus is essential for virus growth. PLOS Pathogens, 17(4), e1009554.
Zhang, Minze; Han, Xiaoliang; Osterrieder, Klaus & Veit, Michael
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Expression of the Heterotrimeric GP2/GP3/GP4 Spike of an Arterivirus in Mammalian Cells. Viruses, 14(4), 749.
Matczuk, Anna Karolina; Zhang, Minze; Veit, Michael & Ugorski, Maciej
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Using Alphafold2 to Predict the Structure of the Gp5/M Dimer of Porcine Respiratory and Reproductive Syndrome Virus. International Journal of Molecular Sciences, 23(21), 13209.
Veit, Michael; Gadalla, Mohamed Rasheed & Zhang, Minze
