Zusammensetzung des Influenzavirus in asymmetrischen Modell-Membran-Systemen
Zellmembranen sind komplexe biologische Einheiten welche ein breites Spektrum an Funktionen erfüllen. Die laterale Organisation von Lipiden und Rezeptoren in Plasmamembranen (PM) ist in zahlreichen biologischen Prozessen involviert wie beispielsweise in der interzellularen Kommunikation oder bei viralen Infektionen. Der Mechanismus mit dem der Influenzavirus (IV) eine Zelle infiziert und sich eventuell auf andere Zellen ausbreitet ist paradigmatisch in diesem Zusammenhang. Es ist bekannt, dass Assemblierung und Knospung von sich vermehrenden Influenzavirionen schwierige Prozesse sind, die über spezialisierte Lipid-Protein-Domänen der Plasmamembranen („rafts“) ablaufen. Unglücklicherweise ist der detaillierte molekulare Mechanismus hinter diesen Prozessen weiterhin unklar. Um die komplexen Interaktionen zwischen den viralen Komponenten, den Lipiden und den Membranproteinen der PM der Wirtszelle aufzuschlüsseln, müssen moderne physikalische Modelle der PM, z.B. asymmetrische Modell-Membranen, genutzt werden. Das ist ein bedeutender Schritt im Bereich der Membranen-Biophysik, denn bis vor kurzem basierte die Untersuchung von Interaktionen zwischen Lipiden und Proteinen fast ausschließlich auf einfachen symmetrischen Modellen von Zellmembranen. Diese Modelldoppelschichten berücksichtigten nicht die wichtige kompositionelle Asymmetrie zwischen den inneren und äußeren Schichten der PM.
Unser generelles Ziel ist es, die molekularen Interaktionen zu entschlüsseln, welche die Knospung und das Verlassen des Influenzavirus der infizierten Zelle lenken. Dies wird geschehen durch die Rekonstitutionierung der viralen Schlüsselkomponenten in den oben genannten verlässlichen und kontrollierbaren Membranmodellen, sowie durch die Charakterisierung derer mittels einer hochentwickelte Kombination von Atomkraftmikroskopie und fortschrittlichen Fluoreszenzmikroskopie-Technologien. Zuerst werden wir uns auf die Rolle des viralen Matrixproteins M1 konzentrieren, wie es die räumliche Ansammlung von IV-Komponenten in einem neuen Virion orchestriert, welches aus der Knospung an der Wirtszellmembran hervorgeht. Weiterführend werden wir die Beziehungen zwischen den Raft-Domänen in den PM untersuchen sowie den IV-Infektionskreislauf. Die Wechselbeziehungen zwischen den IV-Komponenten und den PM-Raft-Domänen sind bisher noch nicht vollständig verstanden.
Das aus den beschriebenen Experimenten zu generierende Wissen wird von hohem Wert sein für das Verständnis des molekularen Mechanismus beim Verlassen des IV der Wirtszelle. Möglicherweise können dadurch sogar Methoden entwickelt werden, die die Ausbreitung von viralen Infektionen unterbinden.
Zellmembranen sind komplexe biologische Einheiten welche ein breites Spektrum an Funktionen erfüllen. Die laterale Organisation von Lipiden und Rezeptoren in Plasmamembranen (PM) ist in zahlreichen biologischen Prozessen involviert wie beispielsweise in der interzellularen Kommunikation oder bei viralen Infektionen. Der Mechanismus mit dem der Influenzavirus (IV) eine Zelle infiziert und sich eventuell auf andere Zellen ausbreitet ist paradigmatisch in diesem Zusammenhang. Es ist bekannt, dass Assemblierung und Knospung von sich vermehrenden Influenzavirionen schwierige Prozesse sind, die über spezialisierte Lipid-Protein-Domänen der Plasmamembranen („rafts“) ablaufen. Unglücklicherweise ist der detaillierte molekulare Mechanismus hinter diesen Prozessen weiterhin unklar. Um die komplexen Interaktionen zwischen den viralen Komponenten, den Lipiden und den Membranproteinen der PM der Wirtszelle aufzuschlüsseln, müssen moderne physikalische Modelle der PM, z.B. asymmetrische Modell-Membranen, genutzt werden. Das ist ein bedeutender Schritt im Bereich der Membranen-Biophysik, denn bis vor kurzem basierte die Untersuchung von Interaktionen zwischen Lipiden und Proteinen fast ausschließlich auf einfachen symmetrischen Modellen von Zellmembranen. Diese Modelldoppelschichten berücksichtigten nicht die wichtige kompositionelle Asymmetrie zwischen den inneren und äußeren Schichten der PM.
Unser generelles Ziel ist es, die molekularen Interaktionen zu entschlüsseln, welche die Knospung und das Verlassen des Influenzavirus der infizierten Zelle lenken. Dies wird geschehen durch die Rekonstitutionierung der viralen Schlüsselkomponenten in den oben genannten verlässlichen und kontrollierbaren Membranmodellen, sowie durch die Charakterisierung derer mittels einer hochentwickelte Kombination von Atomkraftmikroskopie und fortschrittlichen Fluoreszenzmikroskopie-Technologien. Zuerst werden wir uns auf die Rolle des viralen Matrixproteins M1 konzentrieren, wie es die räumliche Ansammlung von IV-Komponenten in einem neuen Virion orchestriert, welches aus der Knospung an der Wirtszellmembran hervorgeht. Weiterführend werden wir die Beziehungen zwischen den Raft-Domänen in den PM untersuchen sowie den IV-Infektionskreislauf. Die Wechselbeziehungen zwischen den IV-Komponenten und den PM-Raft-Domänen sind bisher noch nicht vollständig verstanden.
Das aus den beschriebenen Experimenten zu generierende Wissen wird von hohem Wert sein für das Verständnis des molekularen Mechanismus beim Verlassen des IV der Wirtszelle. Möglicherweise können dadurch sogar Methoden entwickelt werden, die die Ausbreitung von viralen Infektionen unterbinden.
Laufzeit
Projektstart: 06/2014
Projektende: 05/2017
