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Institut für molekulare Virologie und Zellbiologie (IMVZ)

Labor für Molekularbiologie der Rhabdoviren

Bearbeitete Erreger

  • Lyssaviren (Rabies Virus, Europäische Fledermaus Lyssavirus Typ I und II)
  • Vesicular Stomatitis Virus (VSV)

Forschungsschwerpunkte

Die Familie der Rhabdoviren umfasst zahlreiche tierpathogene Erreger. Innerhalb der bei Säugetieren vorkommenden Rhabdoviren sind Tollwutviren (Rabies Virus; RV) und durch Vektoren übertragene Viren wie das Virus der Vesikulären Stomatitis (VSV) am besten untersucht und werden als Modellviren für rhabdovirale Krankheitserreger angesehen. Im Vergleich zu anderen Vetretern der Ordnung Mononegavirales gelten Rhabdoviren aufgrund ihrer „einfachen“ Genomorganisation als „minimale“ Viren und stellen deshalb ein besonders geeignetes Modellsystem für die Erforschung von viralen Replikationsmechanismen dar.

Trotz des breiten Wirtsspektrums von Rhabdoviren sind Wirtsspezies-spezifische Unterschiede bzgl. des Replikationspotentials zu beobachten. Neben, zellunabhängigen grundlegenden Mechanismen der Rhabdovirusreplikation ist eine spezies- und/oder zelltypabhängige Replikation der Pathogene ein entscheidender Faktor, der das zoonotische Potential dieser Viren bestimmt. Kenntnisse über die molekularen Prinzipien der wirtszellabhängigen und -unabhängigen Virusreplikation sind daher von entscheidender Bedeutung für die Einschätzung des Risikopotentials bekannter und neu auftretender Rhabdoviren sowie für die Entwicklung bzw. Weiterentwicklung von Impfstoffen.

Eine wesentliche Schlüsseltechnologie des Labors ist die Verwendung von gentechnisch veränderten rekombinanten Rhabdoviren, die die funktionelle Charakterisierung von Virusproteinen und regulatorischen Nukleinsäuresequenzen ermöglichen. Neben der konsequenten Weiterentwicklung bereits vorhandener „Reverse Genetics“-Systeme werden neue Systeme für Rhabdoviren entwickelt, die für die Erforschung molekularer Replikationsmechanismen von Rhabdoviren  von besonderem Interesse sind oder die aufgrund des aktuellen bzw. absehbaren Auftretens von neuen Pathogenen molekularbiologisch charakterisiert und funktionell untersucht werden müssen.

Ein weiterer Schwerpunkt des Labors liegt in der Nutzung modernster bildgebender Verfahren zur Visualisierung viraler Replikationsschritte. Dazu wurde eine technologische Plattform etabliert, die die Echtzeitbeobachtung von fluoreszenzmarkierten Proteinen und Viren in lebenden Zellen (live cell/virus imaging) ermöglicht.

Aktuelle Projekte

Membranknospung durch das Tollwutvirus Matrixprotein

DFG Schwerpunktprogramm 1175 „Dynamics of Cellular Membranes and their Exploitation by Viruses“

Ziel dieses Projektes ist die Identifizierung von spezifischen viralen und zellulären Funktionen, die für die Bildung von umhüllten Rhabdoviren benötigt werden. Mit Hilfe von virologischen, biochemischen und bildgebenden Verfahren werden markierte M Proteine für die Identifizierung von zellulären Interaktionspartnern des M Proteins genutzt. Da M die treibende Kraft bei der Knospung (Budding) von Rhabdoviren ist, ist die Identifizierung von interagierenden Zellproteinen, die die Virusfreisetzung vermitteln, entscheidend für das grundlegende Verständnis der molekularen Mechanismen der Rhabdovirus Morphogenese und Freisetzung. Neben der Aufschlüsselung der zellulären Mechanismen, die für die Freisetzung des Pathogens verwendet werden, könnte das Wissen über die molekularen Mechanismen Zielstrukturen für die Inhibition von Viren und für die gezielte Attenuierung von rekombinanten Rhabdovirus Vakzinen liefern.

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Molekulare Determinanten der Lyssavirus Replikation (DFG)

Fledermäuse sind ein Reservoir für viele zoonotische Viren. Ursachen für die besondere Reservoirfunktion und molekulare Anforderungen an die Transspezies-Transmission und Etablierung von Fledermausviren in neuen Wirten sind unbekannt. Zu den fledermausassoziierten Viren gehören Lyssaviren. Lyssaviren enthalten Tollwutviren (RV; Rabies Virus), die in Carnivoren zirkulieren, und fledermausassoziierte Viren. Lyssaviren sind deshalb ein geeignetes Modell für die Erforschung der Virusadaptierung an unterschiedliche Wirte. In diesem Projekt ist geplant, Virus-Wirt Interaktionen zu identifizieren, die die wirtsspezifische Replikation der verschiedenen Lyssaviren erklären. Murine und humane Zellen werden mit Fledermaus- und Nicht-Fledermausviren infiziert und Proteininteraktionen, die eine effiziente Replikation in den Nicht-Fledermauszellen ermöglichen, werden mittels vergleichender Massenspektrometrie identifiziert. Dabei werden RV und Fledermausvirus-Proteome gereinigter subviraler Komplexe verglichen. Unterschiede zwischen RV- und Fledermausvirus-Komplexen bezüglich der assoziierten Zellproteine stellen vermutlich wirtsspezifische Variationen dar. Einflüsse der Proteine auf die Virusreplikation werden evaluiert und Domänen/Motive, die in wirtsspezifische Interaktionen involviert sind, werden identifiziert. Relevante Sequenzen werden zwischen rekombinanten RV und Fledermausviren ausgetauscht und deren Einfluss auf die wirtsspezifische Replikation der rekombinanten Viren in Zellkulturen und in vivo untersucht. Rekombinante Fledermausviren mit RV Proteinen oder Proteindomänen werden erstmals die systematische Charakterisierung von molekularen Prozessen der wirtsspezifischen Lyssavirusreplikation erlauben. Die Identifizierung von wirtsabhängigen Unterschieden werden zur Risikoabschätzung bezüglich der Infektion von Nichtfledermausspezies beitragen und eine Basis für die weitergehende Erforschung molekularer Prinzipien der Virusreplikation in Fledermausreservoiren bieten.

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Live-Imaging von viralen und zellulären Strukturen

Die virale Replikation ist ein dynamischer Prozess, bei dem neben rein qualitativen Aspekten die räumliche und zeitliche Zuordnung einzelner Schritte eine entscheidende Rolle für das Verständnis der involvierten Mechanismen spielt. Während klassische bildgebende und biochemische Verfahren bisher ein eher statisches Bild der untersuchten Prozesse lieferten, ermöglichen moderne fluoreszenzmikroskopische Verfahren zur Lebendzell-Mikroskopie (live cell imaging) die Analyse intrazellulärer Prozesse mit einer sehr hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung. Dabei stehen die Untersuchungen direkter Wechselwirkungen zwischen viralen und zellulären Proteinen sowie der intrazelluläre Transport von subviralen oder viralen Partikeln im Vordergrund. Die Etablierung einer „Live imaging“-Plattform am FLI ermöglicht entsprechende Untersuchungen an ausgewählten viralen Erregern. Dabei spielen Rabies Viren als Modellsystem für Infektionserreger des Zentralen Nervensystems (ZNS) eine besondere Rolle. Neben Untersuchungen zum klassischen „retrograden axonalen Transport“ von Viruspartiklen zum (ZNS) ermöglichen fluoreszenzmarkierte Partikel oder Virusproteine die Analyse des Viruseintritts, der zytoplasmatischen Replikation und der Virusassemblierung/Freisetzung in Echtzeit und im dreidimensionalen zellulären Raum. 

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