Strukturelle Interaktomik der Virus-Wirt Beziehung
Analytische Chemie
Zellbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Viren sind die Ursache zahlreicher Erkrankungen und verursachen weltweit erhebliche Morbidität und Mortalität. Genombasierte Untersuchungen sind bereits weit fortgeschritten und ermöglichen Einblicke in die Evolution, die Anpassung an den Wirt und die Virulenz von Viren. Für den Erfolg einer viralen Infektion sind Proteine entscheidend, die vom Virus innerhalb der infizierten Zelle gebildet werden und in Zusammenwirkung mit zellulären Proteinen (sogenannten Protein-Protein-Interaktionen, PPIs) die Vermehrung des Virus und den Untergang der Wirtszelle herbeiführen. Das Verständnis dieser PPIs ist essenziell, um effektive Strategien für die Bekämpfung viraler Infektionen entwickeln zu können. Dennoch ist bisher vergleichsweise wenig über diese PPIs in intakten infizierten Zellen bekannt. Dies lässt sich teilweise auf das Fehlen geeigneter Hochdurchsatzmethoden auf PPI-Ebene zurückführen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Methode etabliert, die diese Einschränkungen überwindet und systematisch Virus-Wirt-Interaktionen auf molekularer Ebene kartografiert. Dies gelang durch die Kombination von Pulsmarkierung mittels bioorthogonaler Aminosäuren und dem Einsatz von Cross-Linking Massenspektrometrie (XL-MS) (Methode benannt als SHVIP für Structural Host Virus Interactome Profiling). Während XL-MS Einblicke in die strukturelle Konfiguration der PPIs ermöglicht, erlaubt die bioorthogonale Pulsmarkierung die selektive Anreicherung des viralen Proteoms, das anschließend sensibel vermessen werden kann. Dadurch ermöglicht SHVIP die empfindliche Entdeckung und strukturelle Charakterisierung von Virus-Wirt-PPIs in intakten infizierten Zellen. Es wurde ein globales Netzwerk von PPIs in Zellen, die mit dem medizinisch relevanten Virus Herpes Simplex Virus Typ I infiziert wurden, erstellt. SHVIP konnte Interaktionen in allen zellulären Kompartimenten nachweisen und eignet sich besonders, um Interaktionen am Membransystem der infizierten Zelle zu kartografieren. Ein systematischer Vergleich mit anderen Ansätzen (AP-MS) und durch KI-gestützte strukturelle Modellierung unterstützt die Validität von SHVIP und ermöglichte die Erstellung eines Kompendiums an Virus-Wirt Modellen die durch strukturelle Daten gestützt sind. Einige Modelle wurden anschließend durch gezielte Mutagenese relevanter Aminosäuren im viralen Genom untersucht. Dabei konnten mehrere Interaktionen durch Punktmutationen unterbunden werden, darunter die PPIs der alkalinen Nuklease UL12 mit 14-3-3 Proteinen und der DNA-damage relevanten Kinase MAPK8 und der viralen Tegument Proteine UL47 und UL48. Mit der zunehmenden globalen Bedrohung durch virale Erkrankungen und dem stetigen Auftreten neuer infektiöser Viren besteht ein dringender Bedarf, unser Verständnis für die Wechselwirkungen zwischen Viren und Wirtszellen zu vertiefen. SHVIP kann Wissenschaftlern ein entscheidendes Instrument liefern, um gegenwärtigen und zukünftigen Herausforderungen, die durch virale Infektionen entstehen, zu begegnen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Combining Metabolic Pulse Labeling and Quantitative Proteomics to Monitor Protein Synthesis Upon Viral Infection. Methods in Molecular Biology, 149-165. Springer US.
Bogdanow, Boris; Katsimani, Niki; Liu, Fan & Selbach, Matthias
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Enhancing Inter-link Coverage in Cross-Linking Mass Spectrometry through Context-Sensitive Subgrouping and Decoy Fusion. Cold Spring Harbor Laboratory.
Bogdanow, Boris; Wang, Cong; Ruwolt, Max; Ruta, Julia; Mühlberg, Lars; Zeng, Wen-feng; Elofsson, Arne & Liu, Fan
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Spatially resolved protein map of intact human cytomegalovirus virions. Nature Microbiology, 8(9), 1732-1747.
Bogdanow, Boris; Gruska, Iris; Mühlberg, Lars; Protze, Jonas; Hohensee, Svea; Vetter, Barbara; Bosse, Jens B.; Lehmann, Martin; Sadeghi, Mohsen; Wiebusch, Lüder & Liu, Fan
