Poxvirus Transkription: Strukturelle und funktionelle Charakterisierung von Vaccinia Virus Initiations- und Initial-transkribierenden Komplexen

• Antragsteller: Professor Dr. Utz Fischer
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445237915

Pockenviren besitzen ein komplexes DNA-Genom, das ausschließlich im Zytoplasma infizierter Wirtszellen exprimiert und repliziert wird. Ein Einblick in die Replikation und Genexpression von Pockenviren wurde größtenteils durch die Analyse des prototypischen Vaccinia-Virus (VV) gewonnen, das als wirksamer Impfstoff gegen Pocken und als vielversprechendes Agens für virale Krebstherapien dient. Der einzigartige Lebenszyklus von VV setzt ein hohes Maß an Unabhängigkeit von der Wirtszelle voraus, da diese Transkriptions- und Replikationsereignisse nur im Zellkern (oder in DNA-haltigen Organellen) unterstützt. Dementsprechend müssen virale Faktoren anstelle von Wirtsfaktoren die Vaccinia-Replikation und die mRNA-Synthese übernehmen. In der vorangegangenen Förderperiode konnten wir a) das katalytisch aktive Vaccinia-RNA-Polymerase (vRNAP) „Core“-Enzym sowie b) einen makromolekularen vRNAP-Enzymkomplex biochemisch charakterisieren, wobei letzterer den gesamten frühen Transkriptionszyklus einschließlich Initiation, mRNA-Elongation und Capping ermöglicht. Darüber hinaus haben wir c) Kryo-EM-Strukturen beider Polymerasekomplexe mit einer Auflösung von 2,8 Å sowie der vRNAP im Elongations-/Capping-Modus mit einer Auflösung von 2,9 Å beschrieben. Unsere Studien ermöglichten daher detaillierte strukturelle Einblicke in die Pockenvirus-Transkriptionsmaschinerie sowie mechanistische Einblicke in die Transkriptions-gekoppelte mRNA-Modifikation. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wollen wir nun Strategien entwickeln, um vRNAP-Initiationskomplexe (d. H. vRNAP gebunden an einen frühen Promotor) und vRNAP im frühen Elongationsmodus (d. H. vRNAP die den Übergang von der Initiation in den Elongationsmodus ausführen) zu rekonstituieren und strukturell zu charakterisieren. Wir erwarten Einblicke in Schlüsselaspekte der Pockenvirus-Genexpression, welche auch zum Verständnis der Mechanismen von zellulären Transkriptionsereignissen beitragen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen