Projekte Virale Proteomik

Hepatitis C-Virus (HCV) infiziert 71 Millionen Menschen weltweit und kann Fibrose, Zirrhose und Leberkrebs auslösen. Das Virus nutzt das humane Transmembranprotein CD81, um Leberzellen zu infizieren. Da CD81 keine Signaldomänen besitzt, stellten wir die Hypothese auf, dass es die Virusaufnahme in die Zelle durch Protein-Interaktionen mit Membran-proximalen Adaptern und Zytoskelettregulatoren einleitet. In unserer bisherigen Forschung gelang es uns, 33 CD81-Protein-Interaktionen in humanen Hepatomzellen zu identifizieren, wobei mindestens zehn der interagierenden Proteine von HCV benötigt werden, um Zielzellen erfolgreich zu infizieren.

Unser Ziel ist es, die molekularen Funktionen dieser neuen Wirtsfaktoren sowie den Einfluss von genetischen Varianten in diesen Faktoren auf die Anfälligkeit und den Krankheitsverlauf umfänglich zu untersuchen. Gleichzeitig analysieren wir die Spezifität der gefunden Faktoren. Dazu führen wir Infektionsstudien mit anderen umhüllten Viren und mit verschiedenen HCV-Genotypen in CRISPR/Cas9-Knockout-Zelllinien durch. Zuletzt untersuchen wir, ob die Wirtsfaktoren zu dem engen Gewerbe und Wirtstropismus von HCV beitragen. Diese Arbeit soll somit molekulare Mechanismen der Infektion eines wichtigen humanen Erregers und mögliche genetische Grundlagen für den unterschiedlichen Krankheitsverlauf und Therapieerfolg in verschiedenen Individuen aufklären.

Kooperationspartner: Felix Meissner (Max-Planck-Institut für Biochemie, Martinsried), Lars Kaderali (Universität Greifswald), Jan Phillip Machtens (EZ Jülich). 

Massenspektrometrie-basierte Interaktionsproteomik hat in den vergangenen Jahren stark an Sensitivität gewonnen und kann mittlerweile quantitative Daten liefern. Mittels neuester Proteomiktechniken identifizieren und untersuchen wir Wirtsfaktoren, die von umhüllten Viren, wie Alphaviren, gebunden werden. Hierbei kombinieren wir speziell entwickelte Anreicherungsmethoden für Proteinkomplexe mit massenspektrometrischen Analysen. Dies erlaubt es uns einerseits, das Interaktom bekannter Eintrittsfaktoren wie dem SARS-CoV-2-Rezeptor ACE2 und dem promiskuitiven Anheftungsfaktor TIM-1 zu bestimmen („label free quantification“, LFQ). Andererseits nutzen wir stabile Isotopenmarkierung von Aminosäuren in Zellkultur (SILAC) sowie gerichtete Crosslinking Methoden und Proximitätslabeling (APEX2), um solche Proteine zu identifizieren, die mit viralen Hüllproteinen und Rezeptoren beim Zelleintritt oder bei der Replikation interagieren. Mittels CRISPR/Cas9 Editing, RNA Interferenz und Blockierungsstrategien untersuchen wir in Folgeexperimenten die Rolle der identifizierten Eintrittsfaktoren bei der Virusinfektion.

Unser Hauptaugenmerk liegt derzeit auf zoonotischen neu aufkommenden Insekten-übertragbaren Viren der Alphavirus- und Phlebovirus-Genera, darunter das Chikungunyavirus und das Rifttal-Fiebervirus. Identifizierte Eintrittsfaktoren und Replikationsfaktoren testen wir anschließend auf ihre Spezifität für verwandte Viren und auf die Expression in verschiedenen humanen Geweben. Zuletzt untersuchen wir, ob verwandte Proteine in Stechmücken und Vertebraten, d.h. im Überträgerwirt und im Reservoirwirt, ebenfalls als Eintrittsfaktoren für Chikungunyavirus fungieren. Diese Arbeiten werden beleuchten, wie zoonotische Viren Wirtszellen infizieren und können damit zur Entwicklung antiviraler Strategien beitragen. 

Kooperationspartner: Margaret Kielian (Albert Einstein College, New York, NY, USA), Christine Goffinet (Charité, Berlin), Pierre-Yves Lozach (Universitätsklinikum Heidelberg), Charles M. Rice (Rockefeller University, New York, NY, USA), Anna Oeverby & Niklas Arnberg (Umea University, Sweden).

Noroviren verursachen einen Großteil der Gastroenteritiden, wobei individuelle Parameter Anfälligkeit und Verlauf der Infektion beeinflussen. Akute Ausbrüche z.B. auf Kreuzfahrtschiffen oder in Altenpflegeeinrichtungen sowie chronische Infektionen in immungeschwächten Patienten stellen ein erhöhtes Gesundheitsrisiko dar. Dennoch gibt es bisher weder einen Impfstoff noch eine spezifische Therapie zur Vorbeugung oder Behandlung von Norovirusinfektionen. Auch ist nicht bekannt, was die individuellen Unterschiede in der Anfälligkeit und im Infektionsverlauf ausmacht. Um die Ursachen dieser Varianzen aufzuklären, bündeln die PRESENt Partner vom TWINCORE, der Medizinischen Hochschule Hannover, dem L3S Forschungsinstitut und dem Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung ihre Expertisen. Die Studienpartner sind mit dem neu in Hannover entstehenden Zentrum für Individualisierte Infektionsmedizin (Centre for Individualised Infection Medicine, CiiM) assoziiert. Mittels datenintensiver Technologien und ‚machine learning‘ Methoden werden die PRESENt Partner aufdecken, welche individuellen Parameter die Norovirus-Infektion beeinflussen. Hierzu werden in einer retrospektiven Studie individuelle Parameter wie Geschlecht, Alter und Vorerkrankungen mit den klinischen Daten in Relation gesetzt und Muster für den Infektionsverlauf berechnet. In einer prospektiven klinischen Studie werden die Forscher zudem das Mikrobiom, die Virusbeschaffenheit im Hinblick auf die Assoziation mit menschlichen Biomolekülen sowie klinische Parameter erheben und Muster berechnen. Gleichzeitig wird das Konsortium die Effektivität von Desinfektionsmitteln für die individuellen Patientenproben in modernen in vitro Modellen (sogenannte Organoide) testen. Basierend auf diesen Erkenntnissen sollen Strategien für eine personalisierte Prognose, Prävention und Behandlung schwerer Norovirusinfektionen entwickelt werden.

Projektbeteiligte: Prof. Dr. Wolfgang Nejdl (Leibniz Universität Hannover & Technische Universität Braunschweig, Forschungszentrum L3S Hannover), Prof. Dr. Dr. Michael Marschollek (Medizinische Hochschule Hannover, Peter L. Reichertz Institut für Medizinische Informatik der TU Braunschweig und der Medizinischen Hochschule Hannover), Prof. Dr. Till Strowig, Prof. Dr. Lothar Jänsch (Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung Braunschweig), PD Dr. Benjamin Heidrich (Medizinische Hochschule Hannover, Klinik für Gastroenterologie, Hepatologie und Endokrinologie Hannover), Prof. asoc. inv. Dr. Gisa Gerold (Medizinische Hochschule Hannover, TWINCORE - Zentrum für experimentelle und klinische Infektionsforschung Hannover) 

Koordinatorin: Prof. asoc. inv. Dr. Gisa Gerold 

Stellvertretender Koordinator: PD Dr. Benjamin Heidrich

Kooperierende Gruppen: Prof. Dr. Thomas F. Schulz (Medizinische Hochschule Hannover, Institut für Virologie), Prof. Dr. Lennart Svensson (Linköping University Schweden), Nihal Altan-Bonnet, Ph.D. (National Heart, Lung, and Blood Institute, NIH, Bethesda, USA) 

Funding: Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur und VolkswagenStiftung im Rahmen der Ausschreibung „Big Data in den Lebenswissenschaften der Zukunft“