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Neue Erkenntnisse über Modifikationen der Virus-RNA liefern den Schlüssel zur Entwicklung von Virostatika

Der Lebenszyklus und die Infektionsfähigkeit von Viren werden durch präzise Mechanismen gesteuert, die dazu oft ihr RNA-Genom einsetzen. Europäischen Forschenden gelingt es zunehmend, die Rolle verschiedener RNA-Modifikationen (mRNA) bei der Virusreplikation und Infektiosität zu entschlüsseln.

Gesundheit

Modifikationen an der Basis von RNA-Molekülen sind ein evolutionär erhaltenes Phänomen, das sowohl in eukaryotischen als auch prokaryotischen Zellen auftritt. Dies lässt vermuten, dass sie eine wichtige Aufgabe erfüllen. Die posttranskriptionelle RNA-Modifikation N6-Methyladenosin (m6A) ist in eukaryotischen Zellen am stärksten ausgeprägt und beschleunigt den Metabolismus und die Translation von mRNA. m6A fungiert als Leitsignal, das von bestimmten „Leseproteinen“ im Zytoplasma erkannt wird und bewirkt, dass in unterschiedlichen RNAs spezifische biologische Prozesse ausgelöst werden.

Kartierung von m6A-Modifikationen auf viraler RNA

Die Präsenz von m6A-Modifikationen in viraler RNA ist seit mehr als 30 Jahren bekannt, doch bisher fehlte es an der richtigen Technologie, um sie eingehender zu untersuchen. Das Projekt IAV-m6A zielte darauf ab, die m6A-Modifikationen im Genom des Influenza-A-Virus (IAV) zu kartieren und dadurch zugleich seine funktionelle Relevanz zu entschlüsseln. Diese Forschungsarbeit wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt. „Ziel der Studie war es, die Rolle von m6A-Modifikationen bei der Virusreplikation zu entschlüsseln und zu bestimmen, wie sich der Verlust dieser Modifikationen auf die Viruspathogenese auswirkt“, erklärt MSC-Stipendiat David Courtney. Anhand eines Verfahrens auf der Basis von Antikörpern identifizierte Courtney die Lage dieser m6A-Modifikationen auf der viralen RNA und mutierte anschließend das IAV-Genom, sodass m6A an diesen Stellen nicht auftreten konnte. Durch eine anschließende Charakterisierung dieser mutierten Viren in vitro und in vivo wurde bestätigt, dass die m6A-Modifikationen die IAV-Replikation bevorzugen. Mittels Massenspektroskopie untersuchte der MSC-Stipendiat weitere RNA-Modifikationen, wie 5-Methylcytosin (m5C) und stellte fest, dass diese (ebenso wie m6A) in RNA-Virusgenomen stärker angereichert waren als in zellulären mRNAs. „Diese signifikante Anreicherung verschiedener Modifikationen in den Genomen von RNA-Viren wie Influenza A und HIV-1 war die wichtigste Erkenntnis aus diesem Projekt und deutet mit Wahrscheinlichkeit auf eine positive Virusevolution hin“, bemerkt Courtney. Diese Modifikationen zeigten zudem eine vorteilhafte Wirkung auf den Virusreplikationszyklus und die Proteinproduktion. In Zellen, denen das für die Ablagerung von m6A-Modifikationen in der RNA wichtige Protein METTL3 fehlte, war die IAV-Replikation deutlich verlangsamt. Diese Zellen produzierten bei Infektion außerdem weniger IAV – ein weiterer Beleg für die Rolle, die m6A bei der RNA-Regulation von IAV spielt. Die Bestätigung dieses Ergebnisses erfolgte in mehreren Experimenten an Zellen mit einer Überexpression der Proteine YTHDF1 und YTHDF2, die an der Erkennung von m6A-Modifikationen beteiligt sind. Bei diesen Experimenten wurde ein Anstieg der IAV-RNA und der Proteinkonzentration festgestellt.

Zukunftsaussichten

Obgleich die grundlegende Virusforschung des Projekts IAV-m6A kein unmittelbares klinisches Ergebnis hervorbrachte, lieferte diese Arbeit Erkenntnisse über die Virusevolution und den Viruslebenszyklus, die translationales Potenzial besitzen. Die Identifikation von wichtigen Proteinen bzw. Modifikationen mit Beteiligung an der Virusreplikation könnte die Entwicklung von neuen niedermolekularen Virostatika ermöglichen, die das Viruswachstum verlangsamen. Die Projektergebnisse könnten zudem dazu beitragen, die IAV-Proteinproduktion zu steigern. Dies wäre ein entscheidender Schritt in der Impfstoffproduktion, um der Nachfrage nach höheren Impfstoffdosen gerecht zu werden. David Courtney erhielt einen Starting Grant des Europäischen Forschungsrates, der es ihm erlauben wird, an der Queen’s University Belfast im Vereinigten Königreich seine eigene Forschungsgruppe einzurichten. Ziel der Gruppe wird die eingehendere Erforschung der Frage sein, wie das IAV verschiedene RNA-Modifikationen während seines Replikationszyklus nutzt. Außerdem sollen weitere Mechanismen der posttranskriptionellen Regulation der IAV-RNA untersucht werden.

Schlüsselbegriffe

IAV-m6A, IAV, m6A-Modifikation, virale RNA, Virus-RNA, Virostatika, Influenza, HIV 1, METTL3, YTHDF1, YTHDF2

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5 Oktober 2020