Palmitoylierung des Hämagglutinins der Influenzaviren: Identifizerung von DHHC-Acyltransferasen im humanen Lungenepithel als mögliches Angriffsziel eines neuen : antiviralen Medikamentes
Tiermedizin
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Unser Forschungsprojekt lieferte bedeutende Erkenntnisse über die Fettsäureanbindung an Membranproteine von Influenza- und Coronaviren sowie über die beteiligten DHHC-Enzyme. Vergleichende Analysen über alle Viren hinweg zeigten die Konservierung von Acylierungsstellen (Cysteine am Beginn der zytoplasmatischen Domäne) im Hämagglutinin (HA) von Influenza A und B Viren und im Spike Protein von Coronaviren, was ihre grundlegende Rolle bei der viralen Replikation bestätigt. Experimentelle Befunde ergaben, dass DHHC22 in Influenza A Virus-infizierten Zellen hochreguliert wird, wobei dies durch das virale Protein NS1 vermittelt wird. Interessanterweise beeinflusste ein Knockout von DHHC22 die Acylierung von HA nicht. Wir identifizierten jedoch 25 potenzielle zelluläre Substrate von ZDHHC22, deren Rolle bei der viralen Replikation möglicherweise indirekt ist. Bei unseren Bemühungen, die spezifischen DHHC-Enzyme zu identifizieren, die für die HA- Acylierung bei Influenza A verantwortlich sind, stellten wir fest, dass DHHC2, DHHC8, DHHC15 und DHHC20 Schlüsselrollen in diesem Prozess spielen. Es wurde auch gezeigt, dass diese Enzyme das M2-Protein acylieren, wobei sie leichte Unterschiede in den Substratpräferenzen aufwiesen. Molekulardynamik-Simulationen von DHHC20 zeigten, dass dessen hydrophobe Kavität C16-Acylketten optimal aufnimmt. Eine einzelne Aminosäuresubstitution (Val185Gly), die diese Kavität vergrößert, verschob die Präferenz des Enzyms hin zu längeren C18-Acylketten, was die Vorhersagen basierend auf seiner Kristallstruktur bestätigte. Bezüglich des Influenza B Virus stellten wir fest, dass die HA-Acylierung entscheidend für die virale Replikation ist und im endoplasmatischen Retikulum (ER) stattfindet, im Gegensatz zum Golgi-basierten Prozess bei Influenza A. Wir identifizierten die im ER- lokalisierte DHHCs 1, 2, 4 und 6 als verantwortlich für die HA-Acylierung bei Influenza B. Die Unterschiede in den Acylierungsmechanismen zwischen Influenza A und B Viren veranschaulichen virusspezifische Anpassungen. Als Nächstes analysierten wir, wie das DHHC-Enzym 20 seine Substrate erkennt. Die Acylierung von M2 wird signifikant reduziert, aber nicht vollständig aufgehoben, wenn seine amphiphile Helix, die die Fettsäure trägt, verändert wird. Molekulardynamik-Simulationen zeigten Wechselwirkungen zwischen Aminosäuren der Helix und den katalytischen Motiven von DHHC20, die den Fettsäuretransfer erleichtern könnten. Ähnliche Studien mit dem Spike- Protein von SARS-CoV-2 ergaben, dass spezifische Transmembranreste für eine effiziente Acylierung und DHHC20 Bindung erforderlich sind. Zusätzlich beeinflussen konservierte Serin- und Threoninreste innerhalb des acylierten Cysteinclusters die Acylierung und könnten an einen hydrophilen Grat in einer Transmembranhelix von DHHC20 binden. Insgesamt unterstreicht unsere Forschung die Bedeutung spezifischer DHHC-Enzyme bei der viralen Proteinacylierung. Diese Ergebnisse zeigen, dass diese DHHC-Enzyme potenzielle Ziele für die Entwicklung von Pan-Antiviralen Medikamenten darstellen, die gegen eine Vielzahl von Viren wirksam sein könnten, die für ihren Lebenszyklus auf S-Acylierung angewiesen sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Toward the identification of ZDHHC enzymes required for palmitoylation of viral protein as potential drug targets. Expert Opinion on Drug Discovery, 15(2), 159-177.
Gadalla, Mohamed Rasheed & Veit, Michael
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Hemagglutinin of Influenza A, but not of Influenza B and C viruses is acylated by ZDHHC2, 8, 15 and 20. Biochemical Journal, 477(1), 285-303.
Gadalla, Mohamed Rasheed; Abrami, Laurence; van der Goot, F. Gisou & Veit, Michael
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NS1 ‐mediated upregulation of ZDHHC22 acyltransferase in influenza a virus infected cells. Cellular Microbiology, 23(6).
Gadalla, Mohamed Rasheed; Morrison, Eliot; Serebryakova, Marina V.; Han, Xueijiao; Wolff, Thorsten; Freund, Christian; Kordyukova, Larisa & Veit, Michael
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S-Acylation of Proteins of Coronavirus and Influenza Virus: Conservation of Acylation Sites in Animal Viruses and DHHC Acyltransferases in Their Animal Reservoirs. Pathogens, 10(6), 669.
Abdulrahman, Dina A.; Meng, Xiaorong & Veit, Michael
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Molecular Dynamics of DHHC20 Acyltransferase Suggests Principles of Lipid and Protein Substrate Selectivity. International Journal of Molecular Sciences, 23(9), 5091.
Panina, Irina; Krylov, Nikolay; Gadalla, Mohamed Rasheed; Aliper, Elena; Kordyukova, Larisa; Veit, Michael; Chugunov, Anton & Efremov, Roman
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Palmitoylation of the hemagglutinin of influenza B virus by ER-localized DHHC enzymes 1, 2, 4, and 6 is required for efficient virus replication. Journal of Virology, 97(10).
Meng, Xiaorong & Veit, Michael
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The role of an amphiphilic helix and transmembrane region in the efficient acylation of the M2 protein from influenza virus. Scientific Reports, 13(1).
Meng, Xiaorong; Templeton, Clark; Clementi, Cecilia & Veit, Michael
