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Forschungsarbeit

Resistenzverhalten und Vermehrung von Foamy Viren

Von Dr. Maximilian Hartl (14.06.2011)

Foamy Viren gehören zur Familie der Retroviren, unterscheiden sich jedoch deutlich von allen übrigen Retroviren (Orthoretroviren). Das Genom in infektiösen Viren besteht aus DNA und nicht aus RNA. Zudem wird Pol, das Vorläuferprotein der viralen Enzyme, von einer eigenen mRNA unabhängig von Capsid- und Matrix-Proteinen (Gag) translatiert. Schließlich bleibt die virale Protease mit der Reversen Transkriptase verbunden, während sich die Proteasen von Orthoretroviren wie beispielweise HIV selbst abspalten. Gereifte Foamy Viren enthalten somit ein Protease-Reverse Transkriptase (PR-RT) Protein, das drei katalytische Aktivitäten vereint: Proteolyse, DNA Polymerisation and RNase H Aktivität.1)

Abbildung 1: Modell für den Zusammenbau von Foamy Viren.[Bildunterschrift / Subline]: Abbildung 1: Modell für den Zusammenbau von Foamy Viren. Die Aufnahme von Pol erfolgt durch die Bindung an bestimmte RNA-Sequenzen. Zusätzlich bindet die RNA an das Gag Protein. Gleichzeitig erfolgt durch die Bindung von Pol die Aktivierung der Protease. Pol wird anschließend in PR-RT und IN geschnitten. In reifen Viren wurde die RNA zudem in DNA umgeschrieben.

Der Nukleosidinhibitor Azidothymidin ist in der Lage die Replikation von Foamy Viren zu hemmen, indem er die DNA Polymerisation der PR-RT terminiert. Es gelang in unserer Forschungsarbeit, Azidothymidin-resistente Simian Foamy Viren zu isolieren. Vier Mutationen im Bereich der Reversen Transkriptase wurden identifiziert, die für diese Resistenz verantwortlich sind.2) Um den molekularen Mechanismus der Resistenz aufzuklären, wurden die entsprechenden rekombinanten PR-RT-Enzyme in vitro analysiert. Es konnte schließlich der Nachweis erbracht werden, dass die Resistenz der Viren auf der Fähigkeit beruht, den bereits eingebauten Inhibitor mit Hilfe von ATP wieder zu entfernen.3) Weiterhin zeigten biochemische Analysen, dass die PR-RTs der Foamy Viren in Lösung als inaktive Monomere vorliegen, obwohl retrovirale Proteasen nur als Homodimere aktiv sind.4)5) Bestimmte purinreiche RNA-Sequenzen der Foamy Viren sind jedoch in der Lage, die Protease zu aktivieren. Auf Grundlage von in vitro Experimenten konnte schließlich ein Modell für den Ablauf des Zusammenbaus der Viruspartikel von Foamy Viren in infizierten Zellen vorgeschlagen werden.

Unsere Untersuchungen zum Resistenzverhalten und zur Vermehrung von Foamy Viren führen zu einem besseren Verständnis von Retroviren und ermöglichen neue Ansätze für retrovirale Therapien. Zudem dienen Foamy Viren als Grundlage für die Entwicklung von Vektoren in der Gentherapie. Von entsprechender Bedeutung ist es, auf ein möglichst fundiertes Wissen über diese Viren zurückgreifen zu können.

Literatur

1) Linial (2007) Fields Virology, 2245ff.

2) Kretzschmar et al. (2007) Virology 370, 151ff

3) Hartl et al. (2008) Nucleic Acids Research 36, 1009ff.

4) Hartl et al. (2008) Journal of Molecular Biology 381, 141ff.

5) Hartl et al. (2010) Retrovirology 7:5.

 


Stationen
  • August 2006-Oktober 2009
  • Promotion bei Prof. B. Wöhrl am Lehrstuhl Biopolymere der Universität Bayreuth
  • März 2007-August 2009
  • Student (assoziiert) der BioMedTec International Graduate School of Science (BIGSS) „Leitstrukturen der Zellfunktion“ der Universitäten Bayreuth, Erlangen und Würzburg
  • April 2005-August 2005
  • Auslandssemester an der Universität Stockholm, Schweden, mit Vertiefungspraktikum zum Thema:
  • „Proteomics of Synechocystis sp. strain PCC 6803 - Identification of integral membrane proteins using LDS or 16-BAC in gel electrophoresis”, Prof. B. Norling
  • Oktober 2001 – Mai 2006
  • Studium im Fach Biochemie an der Universität Bayreuth, Diplomarbeit zum Thema: „Die Resistenz der Reversen Transkriptase des Simian Foamy Virus 1 gegen Azidothymidin“, Prof. B. Wöhrl
  • Juni 2000
  • Abitur am Werner-von-Siemens-Gymnasium, Weißenburg i. Bay., Schwerpunktfächer Chemie und Sozialkunde/Geschichte

Veröffentlichungen
  • Benedikt Kretzschmar*, Ali Nowrouzi*, Maximilian J. Hartl, Kathleen Gärtner, Tatiana Wiktorowicz, Ottmar Herchenröder, Sylvia Kanzler, Wolfram Rudolph, Ayalew Mergia, Birgitta M. Wöhrl and Axel Rethwilm (2007): AZT-resistant foamy virus.
  • Virology 370, 151-157. * both authors contributed equally to this study
  • Maximilian J. Hartl, Birgitta M. Wöhrl and Kristian Schweimer (2007): Sequence-specific 1H, 13C and 15N resonance assignments and secondary structure of a truncated protease from simian foamy virus. Biomolecular NMR Assignment 1, 175-177
  • Maximilian J. Hartl, Benedikt Kretzschmar, Anne Frohn, Ali Nowrouzi, Axel Rethwilm and Birgitta M. Wöhrl (2008): AZT resistance of simian foamy virus reverse transcriptase is based on the excision of AZTMP in the presence of ATP.
  • Nucleic Acids Research 36, 1009-1016.
  • Maximilian J. Hartl, Birgitta M. Wöhrl, Paul Rösch and Kristian Schweimer (2008): The solution structure of the simian foamy virus protease reveals a monomeric protein. Journal of Molecular Biology 381, 141-149
  • Maximilian J. Hartl, Florian Mayr, Axel Rethwilm and Birgitta M. Wöhrl (2010): Biophysical and enzymatic properties of the simian and prototype foamy virus reverse transcriptases. Retrovirology 7:5
  • Maximilian J. Hartl, Kristian Schweimer, Martin H. Reger, Stephan Schwarzinger, Jochen Bodem, Paul Rösch and Birgitta M. Wöhrl (2010): Formation of transient dimers by a retroviral protease. Biochemical Journal 427, 197-203

Preise und Auszeichnungen
  • Buchpreis des Werner-von-Siemens Gymnasiums für ausgezeichnete Abiturleistungen, 2000
  • Spectra Gas Award der BioMedTec International Graduate School of Science im Elitenetzwerk Bayern, 2009