Foamy Virus Replication: Structure-function analysis of viral enzymes involved in generating genetic diversity or in conserving the genome
Final Report Abstract
Unsere Arbeiten zur Charakterisierung des Gag-Proteins sowie der Enzyme PR, RT und RNase H von FV ergaben viele neue und einzigartige Unterschiede zu den entsprechenden Enzymen von Orthoretroviren. Die freie FV PR ist ein Monomer, ebenso liegt das PR-RT Enzym als Monomer vor. Wir konnten einen einzigartigen Mechanismus der PR-Aktivierung zeigen, bei dem die PR-RT an eine spezifische Region (PARM) der viralen RNA bindet. Erst dadurch können die PR-Domänen von zwei PR-RTs dimerisieren, d.h. die FV PR wird indirekt durch RNA aktiviert. Dies ist bei Orthoretroviren und bisher bekannten zellulären PRs nicht der Fall. Es zeigte sich, dass die Sekundärstruktur der PARM-RNA für die Aktivierung wichtig ist. Wir konnten zeigen, dass der Zeitpunkt der Reverse Transkription bei FV von der Gag- Prozessierung abhängig ist. Damit reguliert die PR-Aktivität den Beginn der RT-Reaktion. Außerdem konnten wir die dreidimensionale Struktur der PFV RNase H in Lösung mittels NMR-Analyse lösen. Dadurch waren wir auch in der Lage die Funktion der sog. basic protrusion zu erklären. Die RNase H Struktur war die Grundlage für ein neues Projekt mit der Arbeitsgruppe von Prof. Enzo Tramontano (Cagliari), in dem wir HIV-1 RNase H Inhibitoren mit PFV RNase H testeten, um die Bindungsregion der Inhibitoren zu identifizieren. Strukturvergleiche führten zur Identifikation der entsprechenden Reste in der HIV-1 RNase H. Unsere gemeinsamen Untersuchungen zur gag-Expression führten zur Aufklärung der Regulation der Polyadenylierung in FV. Weiterhin gelang es uns innerhalb dieses Projektes den einzigartigen RNA-Exportweg von FV aufzuklären. Kristallisationsversuche mit der SFV RT führten zu Kristallen mit zu geringer Auflösung, um die Struktur lösen zu können. Allerdings konnten wir den molekularen Mechanismus der AZT-Resistenz bei SFV weiter aufklären. Vier Aminosäureaustausche in der Polymerasedomäne führen bei SFV zur Resistenz, wobei der Austausch S345T essenziell ist und die Bindung von ATP ermöglicht, welches für den Ausbau des bereits inkorporierten AZTMPs erforderlich ist. Dies konnten wir u.a. mit Hilfe von NMR-Analysen mit der verkürzten Wildtyp RT und mit der resistenten Vierfachvariante zeigen. Das erworbene Wissen und die entwickelten Techniken wurden erfolgreich in neue Projekte zur Untersuchung der Dengue-Virus und HIV-1 PR transferiert. Insgesamt war die enge Zusammenarbeit beider Arbeitsgruppen sehr wertvoll und essenziell, da es uns ermöglichte, in vitro Daten mit den entsprechenden in vivo Ergebnissen zu vergleichen. Auch wurden in Projekten beider Arbeitsgruppen technische Fähigkeiten der anderen Gruppe genutzt.
Publications
- 2010. Biophysical and enzymatic properties of the simian and prototype foamy virus reverse transcriptases. Retrovirol. 7:5
Hartl, M.J., F. Mayr, A. Rethwilm, and B.M. Wöhrl
- 2010. Formation of transient dimers by a retroviral protease. Biochem J. 427:197-203
Hartl, M.J., K.Schweimer, M.H. Reger, S. Schwarzinger, J. Bodem, P. Rösch, and B.M. Wöhrl
- 2011. Foamy virus nuclear RNA export is distinct from that of other retroviruses. J. Virol., 85, 2333-2341
Bodem, J., T. Schied, R. Gabriel, M. Rammling, and A. Rethwilm
- 2011. Regulation of foamy virus protease activity by viral RNA - a novel and unique mechanism among retroviruses. J. Virol. 85: 4462-4469
Hartl M.J., J. Bodem, F. Jochheim, A. Rethwilm, P. Rösch, and B.M. Wöhrl
- 2012. In vitro and in vivo Activation of Foamy Virus Protease is Independent of Integrase. Retrovirol. 9:41
Spannaus, R., M.J. Hartl, B.M. Wöhrl, and J. Bodem
- 2012. Insights into the structure and activity of the prototype foamy virus RNase H. Retrovirol. 9:14
Leo B., M.J. Hartl, K. Schweimer, F. Mayr, and B.M. Wöhrl
(See online at https://doi.org/10.1186/1742-4690-9-14) - 2012. The solution structure of the prototype foamy virus RNase H domain indicates an important role of the basic loop in substrate binding. Retrovirol. 9:73
Leo, B., K. Schweimer, P. Rösch, M.J. Hartl and B.M. Wöhrl
(See online at https://doi.org/10.1186/1742-4690-9-73) - 2013. Foamy viral Gag p71/p68 cleavage is required for template switch of the reverse transcriptase. J. Virol. 87: 7774–7776
Spannaus, R., A. Schneider, M.J. Hartl, B.M. Wöhrl, and J. Bodem
- 2013. U1snRNP-mediated suppression of polyadenylation in conjunction with the RNA structure controls poly (A) site selection in foamy viruses. Retrovirol. 10:55
Schrom, E.-M., R. Moschall, M.J. Hartl, H. Weitner, D. Fecher, J. Langemeier, J. Bohne, B.M. Wöhrl, and J. Bodem
(See online at https://doi.org/10.1186/1742-4690-10-55) - 2014. Determination of the protease cleavage site repertoire – the RNase H but not the RT domain is essential for foamy viral protease activity. Virology, 454-455, 145-156
Spannaus, R. and J. Bodem
(See online at https://doi.org/10.1016/j.virol.2014.02.013) - 2014. Inhibition of Foamy Virus Reverse Transcriptase by Human Immunodeficiency Virus Type 1 RNase H Inhibitors. Antimicrob Agents Chemother. 58:4086-93
Corona A, A. Schneider, K. Schweimer, P. Rösch, B. M. Wöhrl, and E. Tramontano
(See online at https://doi.org/10.1128/AAC.00056-14) - 2014. Structural requirements for enzymatic activities of foamy virus proteasereverse transcriptase. Proteins; 82:375-85
Schneider A, D. Peter, J. Schmitt, B. Leo, F. Richter, P. Rösch, B.M. Wöhrl, and M.J. Hartl
(See online at https://doi.org/10.1002/prot.24394)
