Nanoskalige Aufdeckung der Lipide der Wirtszelle in viraler Zusammensetzung und Aufnahme

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Eggeling
• Fachliche Zuordnung: Virologie ; Biophysik ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545513741

Die Infektion und Vervielfältigung von humanen Krankheitserregern wie von umhüllten Viren bedingt deren spezifische Interaktion mit der Membran der Wirtszellen. Die Lipidhülle dieser Viren besteht somit aus Membranbestandteilen der Wirtszelle und sie ist von großer Bedeutung für die Infektiosität der Viren sind. Es gibt zahlreiche Hinweise, dass eine virale Infektion den Lipidstoffwechsels und die Lipiddynamik der Wirtszellen verändert. Wir konnten zum Beispiel mit Hilfe von superaufgelöster Lebendzell-Mikroskopie aufzeigen, wie das HIV-Virus spezifische Lipide an der Plasmamembran der infizierten Zelle sortiert, um ein optimales Umfeld für seinen Neuaufbau zu schaffen. Allerdings ist nur sehr wenig über ähnliche Lipidsortierungen bei anderen Viren, wie zum Beispiel beim pandemische SARS-CoV-2 Virus, bekannt. Im Gegensatz zum HIV-Virus baut sich das SARS-CoV-2 Virus nicht an der äußeren Zellmembran sondern an innerzellulären Membranen der Wirtszellen wie dem endoplasmatischen Retikulum-Golgi-Intermediärkompartiment (ERGIC) auf. Bei diesem Prozess sind noch viele Schlüsselfragen offen. Ist zum Beispiel die Lipidzusammensetzung der Virushülle durch die des ERGIC und/oder durch die viralen Strukturproteine definiert? Wie kontrollieren diese spezifischen Lipide die Mobilität der viralen Hüllproteine und damit die Infektiosität? Wie beeinflussen diese Lipide die Endozytose oder Fusion von Viruspartikeln während des viralen Eintritts? In diesem Projekt werden wir superaufgelöste Lebendzell-Mikroskopie in Kombination mit neuartigen funktionellen Membransonden und fluoreszierenden SARS-CoV-2-Partikeln aus Modellsystemen sowie Wildtyp-Viren optimieren und einsetzen, um die Rolle der Lipide bei der Viruszusammensetzung und dem Viruseintritt zu entschlüsseln. Dabei werden wir (i) die Lipide der Viruspartikel mit Hilfe der Lipidomik-Analyse identifizieren, (ii) die Lipidorganisation und die Wechselwirkungen mit den viralen Strukturproteinen mit Hilfe speziell entwickelter fluoreszierender Proteine und umgebungsempfindlicher Sonden erfassen, die spezifisch die inneren Zellmembrankompartimente markieren, (iii) Veränderungen in der Lipiddynamik und deren Interaktionen mit viralen Strukturproteine innerhalb lebender Zellen beobachten und (iv) virusähnlicher Partikel anpassen, um das Zusammenspiel zwischen den über die Lipidomik-Analyse identifizierten Lipiden und den viralen Hüllproteinen während des Andockens und dem Eintritt in die Wirtszelle aufzudecken. Um diese Fragen zu beantworten werden wir in unserem Projekt unsere stark komplementären Fachkenntnisse in den Bereichen Virologie, Lipidmembranen, dynamische Mikroskopie mit Superauflösung und innovative Fluoreszenzsonden kombinieren. Die erwarteten Ergebnisse werden Aufschluss über die molekulare Manipulation innerer Zelllipide durch Viren während ihres Aufbaus geben und darüber, wie dies ihren Eintritt in neue Wirtszellen erleichtert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Andrey Klymchenko; Professorin Delphine Muriaux, Ph.D.