Neue Forschungsergebnisse enthüllen entscheidende Schritte beim Zusammenbau und der Rekrutierung von Lassa-Virus-Ribonukleopartikeln

Das Lassa-Virus (LASV) ist der Erreger des Lassa-hämorrhagischen Fiebers, einer in Westafrika endemischen Krankheit, die jedes Jahr etwa 5.000 Todesfälle verursacht. Am CSSB-Zentrum für Strukturelle Systembiologie arbeiteten die Gruppen Uetrecht (CSSB, LIV, Uni Siegen), Kosinski (CSSB, EMBL) und Rosenthal (BNITM, CSSB) zusammen, um die entscheidende Rolle aufzudecken, die RNA bei entscheidenden Schritten des Lassa spielt Lebenszyklus des Virus.

Ihre Erkenntnisse sind veröffentlicht im Zeitschrift der American Chemical Society.

Im menschlichen Körper produzieren 20.000 Gene über eine Million verschiedene Formen von Proteinen. Im Vergleich dazu ist das Lassa-Virus winzig, da es nur aus vier Proteinen besteht, die als L, NP, Z und GPC bekannt sind.

„Wir versuchen zu verstehen, wie diese vier Proteine ​​so schwere Schäden an menschlichen Zellen verursachen können“, erklärt der Erstautor der Arbeit, Lennart Sänger. „Die Aktivitäten und Expression dieser Proteine ​​müssen streng reguliert werden und die Proteine ​​müssen effizient miteinander kommunizieren, um unterschiedliche Funktionen zu übernehmen.“

Um das Virus vor der Erkennung durch das Immunsystem zu schützen und zu verbergen, umschließt das Nukleoprotein (NP) das virale Genom in einem Kapsid. Dieses Kapsid bildet zusammen mit viraler RNA und dem L-Protein Ribonukleoproteinkomplexe (RNPs).

Um eine Infektion zu verbreiten, müssen sich RNPs kontinuierlich umstrukturieren, um die Replikation und Transkription des viralen Genoms zu ermöglichen. Die Forscher untersuchten die Wechselwirkungen zwischen NP und viraler RNA sowie dem Z-Protein, um den Mechanismus und die Dynamik der RNP-Bildung und -Verpackung in neue virale Partikel besser zu verstehen.

Mithilfe der strukturellen Massenspektrometrie, einer Methode, die wie eine molekulare Skala funktioniert und das Atomgewicht molekularer Wechselwirkungen aufdeckt, untersuchten die Forscher die Dynamik zwischen NP und viraler RNA. „Anfangs liegt das NP-Protein nicht in einer Zusammensetzung vor, die virale RNA binden kann“, erklärt Charlotte Uetrecht, CSSB-Gruppenleiterin und Expertin für Massenspektrometrietechniken.

„Um diese Bindung zu ermöglichen, muss eine Veränderung stattfinden, und wir haben herausgefunden, dass virale RNA diese Veränderung selbst initiieren kann.“ Die Forscher identifizierten RNA als Treiber für die Zerlegung ringförmiger NP-Trimere in Monomere, die dann in der Lage sind, RNA-gebundene NP-Anordnungen höherer Ordnung zu bilden.

Die Forscher untersuchten auch die NP-Wechselwirkung mit dem Z-Protein genauer. Um dies zu erleichtern, nutzte die Kosinski-Gruppe AlphaFold, um die Interaktionsstelle des NP-Z-Komplexes vorherzusagen. Diese Vorhersagen wurden dann von Forschern im Labor überprüft.

„Der Einsatz künstlicher Intelligenz ermöglichte es uns, mögliche Wechselwirkungen schnell zu erkennen und Mutanten zu erzeugen, um unsere Hypothese zu überprüfen“, bemerkt Jan Kosinski. Letztendlich konnten die Forscher zeigen, dass NP zwar Z unabhängig von der Anwesenheit von RNA bindet, diese Wechselwirkung jedoch pH-abhängig ist.

„Insgesamt tragen diese Erkenntnisse dazu bei, unser Verständnis der RNP-Assemblierung, -Rekrutierung und -Freisetzung beim Lassa-Virus zu verbessern“, erklärt Maria Rosenthal, Lassa-Virus-Expertin am Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin und assoziiertes CSSB-Mitglied. Schätzungen zufolge besteht in Westafrika bis zum Jahr 2030 ein Risiko für 186 Millionen Menschen, sich mit dem Lassa-Virus zu infizieren, und die Weltgesundheitsorganisation erkennt das Lassa-Virus als gefährlichen, aber noch wenig erforschten Krankheitserreger an.

„Wenn wir verstehen, wie das Lassa-Virus funktioniert, könnten wir letztendlich Moleküle entwickeln, die die Replikation dieses Virus hemmen und das Lassa-Fieber behandeln könnten“, bemerkt Rosenthal.