Charakterisierung von genomischen Signaturen, die nicht-homologe Rekombination im Enterovirus 71 ermöglichen

• Antragsteller: Dr. Björn Meyer
• Fachliche Zuordnung: Virologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528194537

Enterovirus 71 (EV71) verursacht große Epidemien und führt vor allem bei Kleinkindern zu Symptomen wie Hand-Fuß-Mund-Krankheit (HFMD), Enzephalitis und Meningitis. EV71 hat ein kleines, 7,4 kb, einzelsträngiges positives RNA Genom und exprimiert 11 Proteinprodukte aus einem einzigen Open-Reading-Frame sowie ein zusätzlich exprimiertes kleines Protein. Neben Mutationen, die während der viralen Replikation auftreten, sind Enteroviren anfällig für Rekombinationen, die die virale Evolution vorantreiben. Diese Rekombinationen können unterteilt werden in homologe Rekombination, d. h. die genaue genomische Organisation der viralen Nachkommenschaft wird beibehalten, und nicht-homologe Rekombination, einschließlich Insertionen und Deletionen. Deletionen führen häufig zu defekten viralen Genomen (DVGs), da wesentliche Teile des viralen Genoms fehlen oder nicht funktionsfähig sind. Ein weiterer Subtyp von DVGs sind defekte virale Partikel (DIs), die zusätzlich die Replikation von koinfizierenden Virusgenomen in voller Länge stören, indem sie entweder wichtige Ressourcen für eine ausreichende Replikation sequestrieren oder Immunreaktionen aktivieren. Dieses Projekt zielt darauf ab, ein besseres Verständnis der genomischen Merkmale zu erlangen, die zur Erzeugung von DVGs beitragen, und ob dies die Identifizierung von DIs vorhersehbar sind. Wir wollen EV71 DVGs unter verschiedenen Bedingungen erzeugen, die durch Sequenzierung identifiziert werden. Aus diesen identifizierten DVGs wollen wir 25 Kandidaten anhand verschiedener Kriterien wie Lage, Deletionslänge, Häufigkeit oder einem mathematischen Fitnessmodell auswählen und die Kandidaten auf DI-Aktivität testen. Die identifizierten DIs werden mit verschiedenen molekularen Methoden im Detail charakterisiert. Anschließend wollen wir die primären DVG-Sequenzen analysieren und genomische Signaturen identifizieren, die zur Bildung von DVGs unter den getesteten Bedingungen beitragen, und sie mit charakterisierten DIs vergleichen. Wir wollen die sekundäre RNA-Struktur von EV71 in Zellen mit icSHAPE-MaP experimentell charakterisieren, gefolgt von der Integration der primären Sequenzanalyse in die Struktur. Die sekundäre RNA-Struktur soll der DVG-Analyse eine neue Qualität verleihen. Dazu werden wir untersuchen, ob die DVG Signaturen in einem strukturellen Kontext besser erklärt werden können. Auf der Grundlage der Analyse wollen wir ein Genom erzeugen, bei dem alle identifizierten Merkmale reduziert oder beseitigt sind (hypo-DVG), so dass das Virus nicht mehr rekombiniert. Andererseits wollen wir die DVG- und DI-Signale im EV71-Genom maximieren (hyper-DVG) und es als wirksame Startplattform für therapeutische DIs erforschen, die die Replikation von Wildtyp-EV71 stören und somit als Konzeptnachweis für die Verringerung der Krankheitslast durch Senkung der Virustiter dienen könnten. Wir wollen untersuchen, welche DVG-Spezies dominant sein werden und wie effizient sie Wildtyp-EV71-Titer unterdrücken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen