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4.1 - 4.5 - Grippe (gesamt)

Lebenszyklus des Influenza-Virus im Detail – HA-Aktivierung, Freisetzung des RNP-Kerns und dessen Transport in den Zellkern

Abb.1
Bändermodell des Hämagglutinin-Monomer

Hier gelangen Sie zu einer 3D-Führung zur Struktur des HA-Monomers.

Das 550 Aminosäuren lange Primär-Hämagglutinin wird posttranslational durch Entfernung von Arg 329 in zwei Ketten, HA1 und HA2 , gespalten, die neben einer kovalenten Disulfid-Brücke nur noch über nicht-kovalente Wechselwirkungen miteinander und mit den anderen HA-Monomeren des HA-Trimers verbunden sind.

Die Abbildung zeigt ein Bändermodell des Hämagglutinin-Monomers ( HA1 in blau und HA2 in grün). Der C-Terminus von HA1 (Thr 328) und der N-Terminus von HA2 (Gly 1) sind im Primär-Hämagglutinin noch durch die Aminosäure Arg 329 verknüpft. Die beiden Aminosäuren Cys 14 ( HA1 ) und Cys 137 ( HA2 ), die die Disulfid-Brücke (gelb) zwischen HA1 und HA2 ausbilden, sind als Kalottenmodell hervorgehoben.

Hier gelangen Sie zu einer 3D-Führung zur Struktur des HA-Monomers.

Die Ansäuerung des Endosomen-Innenraums im Anschluss an die Aufnahme des Virus in die Wirtszelle durch Endocytose führt zu erheblichen strukturellen Veränderungen des Hämagglutinins. Eine genaue dreidimensionale Struktur des Hämagglutinins bei pH 4-5 ist zwar noch nicht bekannt, doch scheinen u.a. folgende Umwandlungen experimentell belegt zu sein (siehe auch unten stehende Abbildung):

  1. Die zuvor in das Innere des HA-Trimers gerichtete hydrophobe N-terminale Region von HA2 wird nach außen geschwenkt.
  2. Umfangreiche konformative Änderungen in der Stammregion von HA1 bewirken eine deutliche Streckung des gesamten Moleküls. Die Disulfid-Brücke zwischen HA1 und HA2 wird empfindlich gegenüber einer reduktiven oder proteolytischen Spaltung.
  3. Die konformativen Änderungen im globulären Kopfbereich von HA1 führen möglicherweise zum Verlust des bindenden Kontakts der HA1 -Monomere im Kopfbereich des HA-Trimers. Bei einem zusätzlich erfolgenden Bruch der Disulfid-Brücke zwischen HA1 und HA2 würde dieses die Abdissoziation der HA1 -Ketten bedeuten.
Abb.2

Modellvorstellung von den wichtigsten durch niedrigen pH-Wert induzierten strukturellen Veränderungen eines HA-Monomers. a) Unverändertes HA-Monomer. b) HA-Monomer mit nach außen geschwenkter N-terminaler Region (rot) von HA2 . c) Nach dem reduktiven Bruch der Disulfid-Brücke können sich HA1 und HA2 voneinander entfernen.

Wodurch das Aufbrechen von Virus- und Endosomen-Membran verursacht wird, ist noch nicht genau geklärt. Favorisiert wird die Möglichkeit, dass die herausgeschwenkten hydrophoben N-terminalen HA2 -Regionen mit denen benachbarter HA-Trimere unter Ausbildung größerer HA- bzw. HA2 -Komplexe assoziieren. Die erheblichen hydrophoben und membranpenetrierenden Eigenschaften dieser Komplexe könnten die Membranstruktur genügend stark destabilisieren, um ein Aufbrechen der Membranen zu verursachen.

Möglicherweise ist dafür die Abtrennung der wesentlich weniger hydrophoben HA1 -Kette durch die Spaltung der Disulfid-Brücke zu HA2 erforderlich. Dies würde auch erklären, warum die posttranslationale Spaltung des Primär-Hämagglutinins in die Untereinheiten HA1 und HA2 zwar nicht für das Andocken des Virus an die Wirtszelle und die anschließende Endocytose, wohl aber für die Freisetzung der RNP1)-Kerne aus den Endosomen essentiell ist. In diesem Zusammenhang spielt die postranslationale Spaltung des Primär-Hämagglutinins auch eine wichtige Rolle bezüglich der Zielorgane der Influenza-Viren und der Entwicklung besonders aggressiver Influenza-Viren (siehe auch Killer-Viren und Zielorgane).

Nach dem Aufbrechen der Endosomen- und Virus-Membran löst sich die M1-Proteinhülle vollständig vom RNP-Kern ab. Auch dieser Prozess erfolgt aufgrund einer säureinduzierten Konformationsänderung, diesmal allerdings von M1. Ein Protonenfluss durch die Virus-Membran kann durch die transmembranen viralen M2-Protonenkanal-Proteine bereits vor dem Aufbrechen der Virus-Membran stattfinden. Dies lässt vermuten, dass die Konformationsänderungen von M1 ebenfalls eine Rolle bei der Auflösung der Virus-Membran spielen, indem die membranbindenden Eigenschaften von M1 verloren gehen. Unterstützt wird diese Vermutung durch die bei pH 4 bestimmte Kristallstruktur von M1, die keine für eine Einlagerung in eine Lipiddoppelschicht geeignet erscheinende, exponierte Domäne mit hydrophober Oberfläche aufweist (siehe Abschnitt "Aufbau des Influenza-Virus").

Schließlich werden die intakten RNP-Kerne in das Cytoplasma freigesetzt. Von dort werden sie durch aktiven Transport in den Zellkern befördert. Die Signalsequenzen, die die entsprechenden Transportproteine in der Kernmembran aktivieren, werden vom Nucleocapsid-Protein NP getragen. Im Zellkern angelangt dissoziieren die RNP-Kerne in ihre Bestandteile, die verschiedenen Virus-RNA-Stränge und die Virusproteine des RNP-Kerns, die dann für die folgenden Vorgänge der Virus-Genom-Replikation und der Produktion neuer Virus-Proteine zur Verfügung stehen.

Der gesamte Prozess der Freisetzung der RNP-Kerne aus den Endosomen, die Wanderung des RNP-Kerns in den Zellkern und die Dissoziation des RNP-Kerns werden im folgenden Film noch einmal verdeutlicht:

Abb.3
Freisetzung des RNP-Kerns

Vereinfachte Animation des gesamten Prozesses der Freisetzung des RNP-Kerns aus dem Endosom, die Wanderung des RNP-Kerns in den Zellkern und die Dissoziation des RNP-Kerns.

Übungsquiz: Influenza - Hämagglutinin

Literatur

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Laver, W. G.; Bischofberger, N.; Webster, R. G. (1999): Entwaffnung von Grippeviren. In: Spektrum der Wissenschaft. 3 , 71-79
1)RNP: Ribonucleoproteine
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