Strukturelle und funktionale Organisation Ebola Virus induzierter zytoplasmatischer Einschlusskörperchen (inclusion bodies)

• Antragstellerin: Dr. Melina Vallbracht
• Fachliche Zuordnung: Virologie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 469065579

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Synthese viraler RNA und die Verpackung des Genoms des hoch pathogenen Ebola Virus (EBOV) und vieler anderer negativ-Strang RNA-Viren erfolgt in Virus-induzierten zytoplaslatischen, membranlosen Organellen, den sogenannten „inclusion bodies“ (IBs). Der strukturelle und funktionale Aufbau dieser hoch spezialisierten Strukturen ist jedoch weitestgehend unbekannt. Im Verlauf des Projektes haben wir modernste korrelative Licht- und in situ Kryo-Elektronentomographie (Kryo-ET) sowie ergänzende Techniken eingestezt, um strukturelle Veränderungen von EBOV IBs im Verlauf einer Infektion aufzuklären. Innerhalb des Förderzeitraums des Walter-Benjamin-Programms konnten wir mehrere Erfolge verzeichnen. Wir haben erstmals die Struktur des EBOV Nukleokapsids (NCs) innerhalb der IBs zu verschiedenen Stadien der Infektion aufgeklärt und zeigen können, dass die Reifung des NCs einen direkten Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften der IBs hat. So konnten wir zeigen, dass die EBOV NCs von locker gepackten spiralförmigen Anordnungen in den frühen IBs zu kondensierten Zylindern übergehen, die sich im späteren Verlauf der Infektion zu hoch organisierten parallelen Bündeln anordnen. Die VP24 vermittelte NC-Kondensierung führt zu einer gleichzeitigen Verringerung der IB Fluidität, was zu einer Dispersion des Kondensats in das Zytoplasma führt. Der daraus resultierende Verlust der Integrität der IBs dient als „Schalter“, der es den NCs ermöglicht, mit zellulären Komponenten wie dem Aktin-Zytoskelett zu interagieren und so den Virusaustritt fördert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse unser Verständnis über die strukturelle und funktionelle Organisation von EBOV IBs erweitern und entschlüsseln ein komplexes Zusammenspiel zwischen dem Zusammenbau von NCs, der Verfestigung von flüssigen Organellen, und der Interaktion zwischen IBs und dem Zytoskelett des Wirts.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• EMBO | EMBL Symposium: Cellular mechanisms driven by phase separation, EMBL- Heidelberg, Germany (05/2022) “Investigating the molecular architecture of Ebola virus induced cytoplasmic inclusion bodies by in cellulo cryo-CLEM
  Vallbracht M., Bodemer B.S., Hoenen T. & Chlanda P.
  
• NSV 2022, Braga, Portugal (06/2022) “Structural insight into the Ebola virus nucleocapsid assembly cascade by in-cell cryocorrelative light and electron microscopy”
  Vallbracht M., Bodmer B.S., Winter S., Hoenen T. & Chlanda P.
  
• 32nd Annual Meeting of the Society of Virology, Ulm, Germany (3/2023) “Structural insight into the Ebola virus nucleocapsid assembly cascade by in-cell cryoelectron tomography”
  Vallbracht M., Bodmer B.S., Fischer K., Winter S., Hoenen T. & Chlanda P.
  
• Ebola virus inclusion bodies are liquid organelles whose formation is facilitated by nucleoprotein oligomerization. Emerging Microbes & Infections, 12(2).
  Bodmer, Bianca S.; Vallbracht, Melina; Ushakov, Dmitry S.; Wendt, Lisa; Chlanda, Petr & Hoenen, Thomas
  
• EMBO Workshop: In situ structural biology: from cryo-EM to multi-scale modelling, Heidelberg, Germany (02/2023) “Structural insight into the Ebola virus nucleocapsid assembly cascade by in-cell cryo- CLEM”
  Vallbracht M., Bodmer B.S., Winter S., Hoenen T. & Chlanda P.
  
• In vivo characterization of the novel ebolavirus Bombali virus suggests a low pathogenic potential for humans. Emerging Microbes & Infections, 12(1).
  Bodmer, B. S.; Breithaupt, A.; Heung, M.; Brunetti, J. E.; Henkel, C.; Müller-Guhl, J.; Rodríguez, E.; Wendt, L.; Winter, S. L.; Vallbracht, M.; Müller, A.; Römer, S.; Chlanda, P.; Muñoz-Fontela, C.; Hoenen, T. & Escudero-Pérez, B.
  
• Nucleocapsid condensation drives Ebola viral factory maturation and dispersion. openRxiv.
  Vallbracht, Melina; Bodmer, Bianca S.; Fischer, Konstantin; Makroczyova, Jana; Winter, Sophie L.; Wendt, Lisa; Wachsmuth-Melm, Moritz; Hoenen, Thomas & Chlanda, Petr
  
• The Ebola virus VP40 matrix layer undergoes endosomal disassembly essential for membrane fusion. The EMBO Journal, 42(11).
  Winter, Sophie L.; Golani, Gonen; Lolicato, Fabio; Vallbracht, Melina; Thiyagarajah, Keerthihan; Ahmed, Samy Sid; Lüchtenborg, Christian; Fackler, Oliver T.; Brügger, Britta; Hoenen, Thomas; Nickel, Walter; Schwarz, Ulrich S. & Chlanda, Petr