Molecular mechanisms of caveolin-1 controlled infection of endothelial cells by Influenza A and Ebola viruses

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Joachim Schnittler
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5389569

• Erstellungsjahr: 2010

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Der Fokus dieses Projektes lag in der Aufklärung von pathogenetischen Faktoren und Mechanismen die bei viralen hämorrhagischen Fiebern zur Virusaufnahme und zu Störungen der Endothelpermeabilität führen und damit zur Entwicklung des Schocksyndroms und der systemischen Entzündungsreaktion (SIRS) beitragen. Im Laufe des Projektes konnten wir zu folgendem pathogenetischen Modell entscheidend beitragen. Nach Eintritt des Virus in das Blut- oder Lymphgefäßsystem werden Monozyten und Makrophagen der Leber, der Milz und der Lymphknoten schnell infiziert. Ursächlich liegt diesem Phänomen vermutlich die Tatsache zu Grunde, dass in diesen Organen sessile Makrophagen direkt mit dem Blut oder der Lymphe in Kontakt kommen ohne eine zelluläre Barrier überwinden zu müssen. In diesem Zusammenhang konnten wir parallel mit anderen Gruppen zeigen, das Ebolaviren über Makropinozytose und über Clathrin-mediierte Endozytose in die Zielzellen gelangen. Nach der Infektion von Monozyten und Makrophagen kommt es zu einer massiven Freisetzung von proinflammatorischen Entzündungsmediatoren die am Gefäßendothel zu einer massiven Störung der Barrierefunktion beitragen. Die direkte Infektion des Endothels spielt für die Ausprägung des Schocksyndroms vermutlich eine untergeordnete Rolle. Im Vordergrund steht vielmehr die Mediator-induzierte Reorganisation der Zellkontakte und des Aktinzytoskeletts. Mechanistisch konnte im Rahmen dieses Projektes gezeigt werden, dass Phosphorylierungsreaktionen und Proteininteraktionen insbesondere von PECAM-1, VE-Cadherin, ß-Catenin und Caveolin-1 an diesen Reaktionen essentiell beteiligt sind. Zudem konnten wir zur pathogenetischen Bedeutung des löslichen Glykoproteins (sGP), dass von Ebola-Virus infizierten Zellen freigesetzt wird, beitragen. Entgegen der ursprünglichen Auffassung konnten wir zeigen, dass dDGP keine proapototische Aktivität besitzt. Im Gegenteil, sGP besitzt vermutlich eine antiinflammatorische Aktivität, da es eine TNF-a-induzierte Barrierefunktionsstörung des Endothels abmildert.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• 2005. Analysis of flow in a cone-and-plate apparatus with respect to spatial and temporal effects on endothelial cells. Biotechnol Bioeng 89, 493-502
  Buschmann, M.H., Dieterich, P., Adams, N.A., and Schnittler, H.J.
  
• 2005. Effects of Ebola Virus Glycoproteins on Endothelial Cell Activation and Barrier Function. Journal of Virology, Vol. 79. 2005, no. 16, pp. 10442-10450.
  Wahl-Jensen, V.M., Afanasieva, T.A., Seebach, J., Stroher, U., Feldmann, H., and Schnittler, H.J.
  
• 2005. Role of ebola virus secreted glycoproteins and virus-like particles in activation of human macrophages. Journal of Virology, vol. 79. 2005, no. 4, pp. 2413-2419.
  Wahl-Jensen, V., Kurz, S.K., Hazelton, P.R., Schnittler, H.J., Stroher, U., Burton, D.R., and Feldmann, H.
  
• 2005. Tyrosine phosphorylation and the small GTPase rac cross-talk in regulation of endothelial barrier function. Thrombosis and Haemostasis, Vol. 94. 2005, Issue 3, pp. 620-629.
  Seebach, J., Mädler, H.J., Wojciak-Stothard, B., and Schnittler, H.J.
  
• 2006. Signaling protein SWAP-70 is required for efficient B cell homing to lymphoid organs. Nat Immunol 7, 827-834
  Pearce, G., Angeli, V., Randolph, G.J., Junt, T., von Andrian, U., Schnittler, H.J., and Jessberger, R.
  
• 2006. Structure-function analysis of the soluble glycoprotein, sGP, of Ebola virus. ChemBioChem, Special Issue: PacifiChem – Chemistry – Biology Interface, Vol. 7. 2006, Issue 10, pp. 1605–1611.
  Falzarano, D., Krokhin, O., Wahl-Jensen, V., Seebach, J., Wolf, K., Schnittier, H.J., and Feldmann, H.
  
• 2007. Breakdown of paraendothelial barrier function during Marburg virus infection is associated with early tyrosine phosphorylation of platelet endothelial cell adhesion molecule-1. Journal of Infectious Diseases, Vol. 196. 2007, Issue Supplement 2, pp. S337-S346.
  Bockeler, M., Stroher, U., Seebach, J., Afanasieva, T., Suttorp, N., Feldmann, H., and Schnittler, H.J.
  
• 2007. Caveolin-1 influences P2X7 receptor expression and localization in mouse lung alveolar epithelial cells. FEBS Journal, Vol. 274. 2007, Issue 12, pp. 3021–3033.
  Barth, K., Weinhold, K., Guenther, A., Young, M.T., Schnittler, H., and Kasper, M.
  
• 2007. Ebola sGP--the first viral glycoprotein shown to be C-mannosylated. Virology, Vol. 368. 2007, Issue 1, pp. 83–90.
  Falzarano D, Krokhin O, Van Domselaar G, Wolf K, Seebach J, Schnittler HJ, Feldmann H
  
• 2007. Regulation of endothelial barrier function during flow-induced conversion to an arterial phenotype. Cardiovasc Res 75, 596-607
  Seebach, J., Donnert, G., Kronstein, R., Werth, S., Wojciak-Stothard, B., Falzarano, D., Mrowietz, C., Hell, S.W., and Schnittler, H.J.
  
• 2009. Genetic manipulation of endothelial cells by viral vectors. Thrombosis and Haemostasis, Vol.102. 2009, Issue 6, pp. 1135-1143.
  Lindemann D, Schnittler H
  
• 2009. Nox4 overexpression activates reactive oxygen species and p38 MAPK in human endothelial cells. Biochem Biophys Res Commun
  Goettsch, C., Goettsch, W., Muller, G., Seebach, J., Schnittler, H.J., and Morawietz, H.
  
• 2011. A new Ebola virus nonstructural glycoprotein expressed through RNA editing. Journal of Virology, Vol. 85. 2011, no. 11, pp. 5406-5414.
  Mehedi M., Falzarano D., Seebach J., Hu X., Carpenter M.S., Schnittler H.J., Feldmann H.
  
• 2011. Ebola virus enters host cells by macropinocytosis and clathrin-mediated endocytosis. Journal of Infectious Diseases, Vol. 204. 2011, Issue suppl 3, pp. S957-S967.
  Aleksandrowicz P., Marzi A., Biedenkopf N., Beimforde N., Becker S., Hoenen T., Feldmann H., Schnittler H.J.
  
• 2011. The Ebola Virus Soluble Glycoprotein (sGP) Does Not Affect Lymphocyte Apoptosis and Adhesion to Activated Endothelium. The Journal of Infectious Diseases, Vol. 204. 2011, Issue suppl 3, pp. S947-S952.
  Wolf K., Beimforde N., Falzarano D., Feldmann H., Schnittler H.J.
  
• 2012. Caveolin-1 opens endothelial cell junctions by targeting catenins. Cardiovascular Research, Vol. 93. 2012, Issue 1, pp. 130-140.
  Kronstein R., Seebach J., Grossklaus S., Minten C., Engelhardt B., Drab M., Liebner S., Arsenijevic Y., Taha A.A., Afanasieva T. et al.