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4.2 - Grippe - Aufbau des Influenza-Virus

Der Aufbau des Influenza-Virus

Das Influenza-Virus ist ein membranumhülltes Virus mit negativer Einzelstrang-RNA.

Die RNA befindet sich in Form von acht einzelnen RNA-Strängen mit einer Länge zwischen 890 und 2341 Nucleotiden im Zentrum des Virus. Diese acht RNA-Stränge sind in eine Protein-Matrix eingebettet, die ihnen das Aussehen flexibler, helicaler Stäbchen verleiht.

Die RNA-Stränge beinhalten den genetischen Code für elf Proteine, die in Kurzform mit HA, NA, M1, M2, PB1, PB2, PA, NP, NS1, NS2 und NS3 bezeichnet werden. Das Virus selbst enthält allerdings nur die ersten acht Proteine. Die Proteine NS1, NS2 und NS3 werden erst in der infizierten Zelle synthetisiert und nicht in die neu entstehenden Virus-Partikel eingebaut.

Die Tabelle zeigt die Länge der einzelnen RNA-Segmente und die von ihnen codierten Virus-Proteine.

Tab.1
Länge der einzelnen RNA-Segmente und die von ihnen codierten Virus-Proteine (Quelle: R.A. Lamb, P.W. Choppin, Ann. Rev. Biochem. 1983, 52, 473)
RNA-SegmentZahl der NucleotideCodierte Proteine
12341PB2
22341PB1
32233PA
41778HA
51565NP
61413NA
71027M1 und M2
8890NS1, NS2

Die Proteine PB1, PB2, PA und NP bilden die Matrix, in die die RNA direkt eingebettet ist. Dabei spielt das so genannte Nucleocapsid-Protein NP mengenmäßig mit ca. 1000 Molekülen die größte Rolle. Es wird deswegen als das eigentliche, für die Form der Protein-RNA-Stäbchen maßgebliche Strukturprotein angesehen.

Die mit jeweils nur ca. 30 bis 60 Molekülen vertretenen Proteine PB1, PB2 und PA sind hingegen entscheidend für die Replikation der vRNA (Virus-RNA) innerhalb der Wirtszelle, die später noch genauer beschrieben wird.

Abb.1
Schematischer Aufbau des Influenza-Virus (Erläuterungen im Text)

Diese gesamte RNA-Protein-Matrix (Ribonucleoprotein- bzw. RNP-Kern) im Zentrum des Virus ist vollständig in das aus ca. 3000 Molekülen des sogenannten Matrix-Proteins M1 aufgebauten Protein-Capsids eingehüllt. Das Matrix-Protein M1 ist dabei ein wichtiger Faktor für die strukturelle Stabilität des Influenza-Virus.

Abb.2
Bändermodelle des Matrix-Proteins M1

Die Abbildung zeigt verschiedene Darstellungen der durch Röntgenstrukturanalyse erhaltenen Teilstruktur des M1-Dimers bei pH 4,0 (die C-terminale Domäne mit den Aminosäuren 165 bis 252 ist bei der Aufreinigung und Kristallisation abgespalten worden). In Darstellung A) sind die Bereiche, in denen die Bindungswinkel zum Erreichen der vermuteten Konformation im Virus geändert werden müssen, rot markiert. Darstellung B) zeigt grün markiert die Domänen, die bei der Konformationsänderung nach unten und zur Seite geschwenkt werden.

Man nimmt an, dass M1 im Virus eine andere Konformation einnimmt als diejenige, die man durch Röntgenstrukturanalyse des isolierten und bei pH 4,0 kristallisierten M1 (hier als 3D-Molekülmodell) findet. In dieser Konformation könnte M1 einerseits durch elektrostatische Wechselwirkungen an die vRNA des RNP-Kerns und andererseits durch polare und unpolare Wechselwirkungen an die Lipiddoppelschicht binden.

Auf diese Weise wird die innere Oberfläche des M1-Protein-Capsids mit dem Ribonucleoprotein-Kern und die äußere Oberfläche mit der Lipidmembran verknüpft. Diese Vermutungen werden durch die Ergebnisse von cryo-elektronenmikroskopischen Untersuchungen gestützt.

Das Matrix-Protein M1 spielt außerdem eine wichtige Rolle im Ablauf der Virus-Replikation, die im Abschnitt "Lebenszyklus des Influenza-Virus" noch näher erörtert wird.

Innerhalb der M1-Hülle befinden sich weiterhin noch einige Moleküle des Matrix-Proteins M2. Das M2-Protein besitzt im Gegensatz zu M1 eine transmembrane helicale Domäne. Als selektiver Ionenkanal ermöglicht dieses Protein den Transport von Protonen durch die Virus-Membran und spielt damit eine wichtige Rolle im Lebenszyklus des Influenza-Virus.

Übung: Influenza - Virusaufbau 1

Literatur

(1992): Struktur und Lebenscyclus von Influenza-Viren. In: Biochemie. D. Voet J. Voet G. (Hrsg.). VCH Weinheim , 1030-1031
Fujiyoshi, Y.; Kume, N. P.; Sakata, K.; Sato, S. B. (1994): Fine structure of influenza A virus observed by electron cryo-microscopy. In: EMBO. 13 , 318-326
Bindong, S.; Luo, M. (1997): Structure of a bifunctional membrane-RNA binding protein, influenza virus matrix protein M1. In: Nature Structural Biol.. 4 , 239-244
(1997): Viren mit einzelsträngigem, segmentiertem RNA-Genom in Negativstrangorientierung. In: Molekulare Virologie. S. Modrow D. Falke (Hrsg.). Spektrum Akademischer Verlag , 240-250
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