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Identifizierung und funktionelle Modulation essentieller zellulärer Komponenten für die Propagation von Hepatitis B-Viren

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Technische Universität
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Abstract

Während die späten Schritte des hepadnaviralen Replikationszyklus inzwischen recht detailliert charakterisiert sind, besteht immer noch große Unklarheit über die frühen Schritte, d.h. die infektiöse Aufnahme der Hepatitis B-Viren in ihre Wirtszellen. Die frühen Schritte der Infektion beinhalten das Erkennen des Rezeptors, die Bindung an die Zellen sowie die Internalisierung und der intrazelluläre Transport der Viren. Der koordinierte Ablauf dieser Schritte im Zusammenspiel mit den weitgehend unbekannten zellulären Komponenten entscheidet nicht nur über das Zustandekommen einer produktiven Infektion, sondern bestimmt maßgeblich auch die Wirts- und Leberspezifität der Hepatitis B-Viren. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die initialen Schritte der hepadnaviralen Infektion am aviären Enten-Hepatitis B-Virus (DHBV)-Modellsystem zu charakterisieren. Zentral hierfür war die Etablierung eines sensitiven Nachweissystems, welches erstmals die quantitative Analyse der viralen Bindung und Aufnahme erlaubt. Es konnte gezeigt werden, dass die Zahl der spezifischen Bindungsstellen für virale Partikel limitiert und mit etwa 10(4) pro Zelle relativ niedrig ist. Subvirale Partikel, die kein Genom enthalten und die kompletten Virionen in großem Überschuss begleiten, verhielten sich in der Bindungskinetik und -effizienz ähnlich den Virionen. Obwohl nach eigenen Experimenten nur relativ wenige virale Partikel an die Zellen binden, wurden alle innerhalb von 3 h in die Zellen aufgenommen. Die anschließende Reise der Viren zum Zellkern dauerte im Vergleich zu anderen Viren relativ lange (etwa 15 h) und hing stark von intakten und dynamischen Mikrotubuli (MT), jedoch nicht vom Aktinskelett ab. Bemerkenswerterweise wurden die MT während dieser zytoplasmatischen Passage der Partikel nur zu ganz bestimmten Zeitpunkten gebraucht. Das Fehlen der cccDNA zusammen mit der Instabilität der Viren in MT-inaktivierten Zellen deutet darauf hin, dass die Mehrzahl der aufgenommenen viralen Partikel degradiert wird. Untersuchungen zur möglichen Rolle des so genannten Zellpermeabilitäts-vermittelnden Motivs (TLM) während der viralen Aufnahme ergaben, dass DHBV zwei distinkte TLM-Motive in der preS-Region des L-Proteins besitzt und deren genetische Zerstörung nicht mit der Replikationskompetenz der korrespondierenden Genome interferiert. Die anschließende Analyse der Infektionstüchtigkeit der Nachkommensviren in primären Hepatozyten ergab, dass im Gegensatz zu Wildtypviren alle TLM-defizienten Viren nicht infektiös sind. Diese Befunde zeigen erstmals, dass die TLMs eine essentielle Rolle nach der viralen Bindung und Aufnahme spielen. Untersuchungen zur Rolle von Cholesterin sowohl in hepadnaviralen als auch zellulären Membranen für die Virusaufnahme in Hepatozyten ergaben, dass die Depletion von Cholesterin aus der viralen Membran zu einer höheren Dichte der Virionen und einem Verlust der Infektiosität führt und diese Effekte durch eine Cholesterinrepletion nicht wieder rückgängig gemacht werden konnten. Wie durch das Profil einer proteolytischen Spaltung der viralen Oberflächenproteine gezeigt werden konnte, hatten diese dramatischen Veränderungen der physikalischen Eigenschaften der viralen Partikel keine nachweisbaren Änderungen der Virusintegrität oder Oberflächenprotein-Topologie zur Folge. Auch die virale Bindung und Aufnahme in Hepatozyten war nach Cholesterindepletion nicht signifikant eingeschränkt. Im Gegensatz zur viralen Membran zeigte die Depletion des Cholesterins der Hepatozyten vor der Inokulation, wodurch die lipid rafts der Plasmamembran zerstört werden, keine Interferenz mit der Infektion, sondern schien sie sogar zu verstärken. Diese Ergebnisse waren konsistent mit dem Befund, dass virale Partikel nicht mit Detergenz-unlöslichen Membrandomänen assoziiert nachgewiesen werden konnten. Zusammen belegen diese Daten, dass das Cholesterin der viralen Membran nach Bindung und Aufnahme der viralen Partikel für einen frühen Schritt im viralen Lebenszyklus essentiell ist. Außerdem deuten sie stark darauf hin, dass Hepadnaviren für die Aufnahme in die Wirtzelle nicht primär lipid rafts nutzen. Untersuchungen zur Zell-Zell-Übertragung von Hepadnaviren ergaben, dass sich Hepatitis B-Viren hauptsächlich durch sekretierte, extrazelluläre Nachkommensviren ausbreiten. Elektronen- und Fluoreszenzmikroskopie-Analysen zeigten eine intrazelluläre Akkumulation viraler Partikel in zellulären Vesikeln, die präferentiell nahe der basolateralen Membran der infizierten Hepatozyten zu finden waren. Zusammenfassend zeigen diese Befunde einen polarisierten Egress der viralen Partikel in interzelluläre Kompartimente, die eine freie Diffusion einschränken und die präferentielle Infektion benachbarter Hepatozyten bedingen könnten. Zusammen zeigen diese Daten zum ersten Mal eine Reihe und die Kinetik von Schritten, die für die Aufnahme von Hepatitis B-Viren in Hepatozyten essentiell sind und so zuvor bei keinem anderen Virus gezeigt wurden.

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