Bioinformatische und -statistische HCV-Sequenzanalyse
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Teilprojekt beschäftigte sich mit Resistenz- und Escapemechanismen gegenüber Interferon, Ribavirin und direkt antiviralen Substanzen (DAAs), insbesondere Proteaseinhibitoren, sowie der Charakterisierung neuer molekularer Targets für „Small Molecule Compounds“. Ein wesentlicher Aspekt war die Entwicklung bioinformatischer Methoden zur Analyse von umfangreichen Datensätzen aus Next-Generation Sequenzierung (NGS). In diesem Zusammenhang wurde am MPII die Sequenzanalysesoftware Virana entwickelt, welche über ein Back-End mit Verfahren aus dem Bereich des maschinellen Lernens verfügt und die Identifikation von viralen Resistenzvarianten automatisiert. Bereits bekannte sowie von Virana identifizierte Resistenzvarianten stehen in dem frei verfügbaren Web-Service geno2pheno [HCV] (http://hcv.geno2pheno.org/) insbesondere für Anwender aus der Medizin zur Verfügung, um eine optimierte Therapie mit DAAs zu unterstützen. Mittels statistischer Lernverfahren und des hier entwickelten Software-Frameworks konnten aus Deep-Sequencing Daten in Kooperation mit den Teilprojekten 2 und 9 mutagenetische Effekte von Ribavirin in der Monotherapie HCV Genotyp 1-infizierter Patienten nachgewiesen werden, sowie detaillierte mechanistische Studien zur sogenannten error catastrophe veröffentlicht werden. Außerdem konnten komplexe Muster an Minoritätsvarianten beim Escape unter DAA-Therapie identifiziert werden. In Kooperation mit Teilprojekt 6 wurden in silico Werkzeuge zur Analyse molekularer Mechanismen mittels Residue-Interaction-Networks (RINs) entwickelt (RINalyzer und RINerator; http://www.rinalyzer.de/). Diese wurden bereits erfolgreich zur Charakterisierung von molekularen Resistenzmechanismen bei Proteaseinhibitoren sowie zur Charakterisierung von Mechanismen bei RNA Replikation und viralem Assembly eingesetzt. Die genotypischen und phänotypischen Resistenzdaten wurden aus dem Zentralprojekt der KFO, sowie den Teilprojekten 2 und 9 zur Verfügung gestellt. Um bisher unbekannte Majoritätsvarianten und alternative Escape-Mechanismen gegenüber Proteaseinhibitoren zu identifizieren, wurden weiterhin NS3-Sequenzen aus öffentlich zugänglichen Datenbanken (euHCVdb, Los Alamos) analysiert. Dabei wurden bisher nicht beschriebene Polymorphismen in der Substratbindungstasche der Protease identifiziert, deren Einfluss auf Resistenz und virale Fitness untersucht, sowie die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen aufgeklärt. Weitere Projekte beschäftigten sich mit dem HCV nicht-Strukturprotein 4B, insbesondere der Identifikation und Charakterisierung neuer funktioneller Motive, der HCV-Rezeptorinteraktion mit dem Wirtsfaktor CD81 auf B-Lymphozyten über das Hüllprotein E2, sowie dem 2’ 5’ OAS/RNaseL System im Zusammenhang mit der Interferonantwort von Hepatozyten. Weiterhin wurden in einem Folgeprojekt Daten zu HCV p7 und Amantadin veröffentlicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2008) Molecular basis of telaprevir resistance due to V36 and T54 mutations in the NS3-4A protease of the hepatitis C virus. Genome Biol. 9:R16
C. Welsch, F.S. Domingues, S. Susser, I. Antes, et al., A. Schlicker, C. Sarrazin, M. Albrecht, S. Zeuzem, T. Lengauer
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S. Susser, C. Welsch, Y. Wang, et al., E. Herrmann, S. Zeuzem, C. Sarrazin (2009) Characterization of resistance to the protease inhibitor boceprevir in hepatitis C virus infected patients. Hepatology 50: 1709-18
S. Susser, C. Welsch, Y. Wang, et al., E. Herrmann, S. Zeuzem, C. Sarrazin
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(2010) Dimerization of the hepatitis C virus nonstructural protein 4B depends on the integrity of an aminoterminal basic leucine zipper. Protein. Sci. 19:1327-36
M.W. Welker, C. Welsch, et al., I. Antes, M. Albrecht, et al., B. Kronenberger, T. Lengauer, et al., S. Zeuzem, C. Sarrazin
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(2010) Effect of ribavirin on the frequency of RNase L cleavage sites within the hepatitis C viral genome. J. Viral Hepat. 17:217-21.
U. Mihm, W.P. Hofmann, C. Welsch, A. Polta, T. Lengauer, S. Zeuzem, C. Sarrazin, E. Herrmann
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(2011) Analysis of complex mutation patterns in the HCV quasispecies of patients treated with telaprevir or boceprevir. J. Hepatol. 54:S490
S. Susser, S.E. Schelhorn, C.M. Lange, C. Welsch, J. Vermehren, et al., S. Zeuzem, T. Lengauer, C. Sarrazin
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(2011) Analyzing and visualizing residue networks of protein structures. Trends Biochem. Sci. 36:179-82
N.T. Doncheva, et al., M. Albrecht
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(2011) Comparison of Envelope 2 CD81 binding regions in PBMC- derived versus serum-derived hepatitis C virus isolates: higher conservation of CD81 region 2 in PBMC isolates. J. Viral Hepat. 18:181-92
M.W. Welker, C. Welsch, et al., W.P. Hofmann, E. Herrmann, et al., R.W. Hartmann, S. Zeuzem, C. Sarrazin, B. Kronenberger
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(2012) Ketoamide resistance and hepatitis C virus fitness in val55 variants of the NS3 serine protease. Antimicrob. Agents Chemother. 56:1907-15
C. Welsch, et al., I. Antes
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(2012) Peptidomimetic escape mechanisms arise via genetic diversity in the ligand-binding site of the hepatitis C virus NS3/4A serine protease. Gastroenterology 142:654-63
C. Welsch, et al., T. Lengauer, S. Zeuzem, et al.
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(2012) Topological analysis and interactive visualization of biological networks and protein structures. Nat. Protoc. 7:670-85. 4
N.T. Doncheva, et al., M. Albrecht
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(2013) Deep sequencing reveals mutagenic effects of ribavirin during monotherapy of hepatitis C virus genotype 1-infected patients. J. Virol. 87:6172-81
J. Dietz, S.E. Schelhorn, et al., U. Mihm, S. Susser, et al., T. Lengauer, S. Zeuzem, E. Herrmann, C. Sarrazin
