Projekte Experimentelle Virologie

Fünfzig bis 90 Prozent aller HCV-Infektionen verlaufen chronisch. Die Verbindung von Viren mit Lipoproteinen trägt durch einen direkten Einfluss auf den Viruseintritt in die Leberzelle und außerdem durch den Schutz vor neutralisierenden Antikörpern zur Persistenz bei. Wir untersuchen Wirtsfaktoren und virale Faktoren, die die Assoziation des Virus mit Lipoproteinen beeinflussen, um ihre Rolle für die Viruspersistenz zu klären. Die Interaktion von HCV mit Lipoproteinen beginnt während der Virusassemblierung. Diese findet in den sogenannten Lipid Droplets statt, zellulären Organellen, die Lipide einlagern (Abbildung 1: Vieyres et al. PLoS Pathogens 2016). HCV nutzt zelluläre Lipasen wie etwa ATGL, um Lipide für die Bildung von HCV Lipoviropartikeln zu mobilisieren (Vieyres et al. PLoS Pathogens 2020). 

Nach der Freisetzung von HCV-Partikeln werden zirkulierende Lipoproteine in diese Partikeln eingebaut (Bankwitz et al. J Hepatol 2017). Dieser Reifungsprozess begünstigt sowohl die Anheftung des Virus an Leberzellen als auch den Schutz von Antikörpern (Abbildung 2 und Bankwitz et al. J Hepatol 2017). Unterstützt durch den SFB900 untersuchen wir die zellulären und viralen Proteine, die die Wechselwirkung zwischen HCV und Lipoproteinen vermitteln. Letztendlich sollen die so gewonnenen Erkenntnisse darüber, wie HCV mit Hilfe der Lipoproteine der Antikörperantwort entkommt, in die Entwicklung eines Impfstoffes gegen HCV einfließen. 

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Bei einer geringen Zahl aller HCV-Patienten führen starke Immunantworten zur Kontrolle und schließlich Elimination der Virusinfektion. Allerdings sind die Eigenschaften dieses natürlichen Immunschutzes nicht genau verstanden. Vor allem ist die Rolle von Antikörpern für den Schutz von HCV nicht klar definiert. Daher untersuchen wir, unterstützt durch das DZIF HCV-Vakzin-Projekt, wie Antikörper vor einer HCV-Infektion schützen. Welche Eigenschaften haben die Antikörper, die bei einer ausheilenden HCV-Infektion entstehen? Wie unterscheiden sich diese Antikörpern von denen, die gebildet werden, wenn die Infektion chronisch wird? Werden unterschiedliche Bereiche der viralen Hüllproteine attakiert? Welche Faktoren beeinflussen die Bildung besonders guter Antikörper und wie gut sind die Antikörper, die Vakzinekandidaten induziern? Diesen Fragen gehen wir nach, um einen Impfstoff zu entwickeln, der besonders gut schützende Antikörper induziert.

Um einen präzisen Maßstab für schützende Immunität zu entwickeln, haben wir zunächst Antikörper aus dem Blut von 104 HCV-positiven Patienten isoliert und anschließend hinsichtlich ihrer neutralisierenden Eigenschaften gegen möglichst vielen verschiedenen HCV-Varianten untersucht. Mit Hilfe von bioinformatischen Methoden haben wir gelernt, dass Varianten unabhängig von ihrem genetischen Hintergrund unterschiedlich auf Antikörper reagieren. Unsere Ergebnisse können dazu beitragen in Zukunft einen breit wirksamen Impfstoff zu entwickeln sowie die Wirksamkeit von Impfstoffkandidaten einzuschätzen. 

Tour to HCV neutralization space. Final stop: B-cell vaccine | Nature Portfolio Webcasts

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HCV hat einen engen Speziestropismus und infiziert natürlicherweise nur den Menschen. Welche Faktoren dies bewirken ist noch nicht vollständig geklärt. Dass deshalb keine immunkompetenten Kleintiermodelle für HCV existieren ist ein großes Hindernis für die Impfstoffentwicklung, da eine Priorisierung von Impfstoffkandidaten im Vorfeld der kostspieligen klinischen Entwicklung dadurch verhindert wird. Die Unfähigkeit von HCV sich in nicht-menschlichen Zellen zu vermehren könnte am Fehlen oder Inkompatibilität von essentiellen Ko-Faktoren für die Virusreplikation und/oder an antiviralen Restriktionsmechanismen in nicht-menschlichen Zellen liegen, die eine Replikation des Virus effektiv verhindern. Unter diesen Annahmen wenden wir verschiedene genetische Screening-Systeme an, um ein umfassendes Profil aller relevanten Faktoren für die Speziesbarriere der HCV-Infektion in Mauszellen zu erstellen. Mit Hilfe dieser Informationen wollen wir in vivo-Modelle für HCV-Impfstoffforschung entwickeln. Dieses Projekt wurde durch einen ERC Starting Grant finanziert (VIRAFRONT, 2012-2017) und wird nun mit Unterstützung des Deutschen Zentrums für Infektionsforschung (DZIF) und einer Förderung des National Institutes of Health (NIH, USA) weitergeführt. Mit Hilfe eines genomweiten cDNA-Screens haben wir zwei neue murine Restriktionsfaktoren identifiziert, welche die HCV-Infektion von murinen Leberzellen unterdrücken. Das Lektin Cd302 und der Komplementrezeptor Cr1l kooperieren miteinander, stören den Zelleintritt von HCV und lösen transkriptionelle Veränderungen aus, die die HCV-Infektion blockieren (Brown et al. 2020). Der „knock out“ von Cd302 steigert die Empfänglichkeit von HCV-Rezeptortransgene Tieren für die HCV-Infektion. Diese Ergebnisse zeigen eine neue Facette der leberintrinsischen Immunität und weisen neue Wege für die Entwicklung von Tiermodellen zur Qualifizierzung von HCV-Impfstoffen.  

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Wir entwickeln und nutzen Hochdurchsatz-Screeningassays, um Moleküle mit antiviraler Aktivität gegen, RSV und SARS-CoV-2 zu identifizieren. Dafür setzen wir Lumineszenz- oder Reporter-basierte Systeme ein und nutzen Substanzbibliotheken des HZI, der MHH sowie weiterer externer Kooperationspartnern ein. Beispielsweise Kooperieren wir mit dem Scripps Institute und verwenden die ReFRAME repurposing Substanzbibliothek. ReFRAME ist die weltweit größte Sammlung von bereits zugelassenen bzw. klinisch erprobten Wirkstoffen. Die von uns verwendeten Sammlungen umfassen ein großes Spektrum chemischer Grundstrukturen und komplexer Molekülee aus natürlichen Quellen (Sekundärstoffe aus Bakterien, Pilzen oder Pflanzen) sowie bereits zugelassenen Medikamenten. Unsere Expertise in virologischer Grundlagenforschung ermöglicht uns, die Wirkweisen dieser Substanzen und virale Resistenzmechanismen zu ergründen. Dabei verfolgen wir das Ziel, neue Therapieoptionen zu entwickeln. 

In Zusammenarbeit mit Experten am HZI haben wir die Wirkweise von Labyrinthopeptinen gegen unterschiedliche Viren analysiert. Labyrinthopeptine binden bestimmte Lipide und führen zur Zerstörung der Membranen von Viren. Dies macht sie zu sehr breit antivirale wirkenden Molekülen, gegen die Viren nur schwer eine Resitenz entwickeln können (Blockus et al. 2020).
Gefördert durch das Helmholtz International Laboratory for anti-infectives haben wir im Kontext eines internationalen Konsortiums ein neues Wirkprinzip für die Behandlung der RSV-Infektion aufgedeckt. RSV konzentriert seine Komponenten für die RNA-Vermehrung in sogenannten „inculsion bodies“. Diesen flüssigen Organellen kommt eine entscheidende Bedeutung für die Genomreplikation und die virale Transkription zu. Der neue Wirkstoff verhärtet diese Replikationsorganelle des Virus und stört auf diese Weise die Infektion (Risso-Ballester et al. Nature 2021). 
 

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