Der Einfluss der Neuwelt-Arenaviren Junín und Tacaribe auf die Apoptose der Wirtszelle

Arenaviren gehören zu den segmentierten negativsträngigen RNA-Viren und werden in die zwei Serogruppen der Alt- und Neuwelt-Arenaviren unterteilt. Die in dieser Arbeit untersuchten Virusspezies Junín (JUNV) und Tacaribe (TCRV) werden den Neuwelt-Arenaviren zugeordnet und stellen die Prototypen für hämorrhagische Fieber-verursachende bzw. apathogene Neuwelt-Arenaviren dar. Das in Argentinien endemische JUNV löst im Menschen hämorrhagisches Fieber aus und ist mit einer Mortalitätsrate von 30% ein hochpathogenes Arenavirus, wohingegen das eng verwandte TCRV nicht humanpathogen ist. Den Hauptbestandteil der Virionen stellt das Nukleoprotein NP dar. NP spielt eine entscheidende Rolle für die virale Replikation/Transkription sowie für die Unterdrückung der Immunantwort. Die ersten Analysen dieser Arbeit zur JUNV und TCRV NP-Charakterisierung zeigten interessanterweise, trotz einer 78%igen Übereinstimmung in der NP-Aminosäuresequenz, einen deutlichen Unterschied bei der Expression von JUNV und TCRV NP. Für JUNV NP konnten sowohl bei rekombinanter NP-Expression als auch in der Infektion NP-spezifische Spaltprodukte mit einer Größe von etwa 62, 53, 47 und 40 kDa beobachtet werden, die im Falle von TCRV NP nicht auftraten. Die Analyse der JUNV NP-Aminosäuresequenz wies potentielle Caspase-Spaltmotive auf. Mittels Punktmutationen, die zu einer Veränderung im JUNV NP-Expressionsmuster und dem Ausbleiben bestimmter Spaltprodukte führten, wurden die Motive DVKD und QEHD als die Spaltstellen identifiziert, die für die Generierung der 47 kDa und 40 kDa Spaltprodukte genutzt werden. Es konnte ferner beobachtet werden, dass die Intensität der JUNV NP-Spaltung direkt mit der Caspase-Aktivität zusammenhängt, da eine Steigerung der Caspase-Aktivität zu einer verstärkten NP-Spaltung, die Inhibition der Caspase hingegen zu einer verringerten NP-Spaltung führte. Basierend auf diesen Ergebnissen konnte JUNV NP als ein spezifisches Substrat zellulärer Caspasen identifiziert werden. Interessanterweise zeigte sich, dass JUNV NP, nicht jedoch TCRV NP, in Abwesenheit weiterer viraler Proteine in der Lage ist, die Caspase 3-Spaltung in apoptotischen Zellen zu unterdrücken und dass diese anti-apoptotische Eigenschaft durch den Spaltungsprozess von JUNV NP vermittelt wird. Zusammengefasst zeigt sich, dass JUNV NP, im Gegensatz zu TCRV NP, ein Substrat von Caspasen darstellt und durch die Caspase-vermittelte JUNV NP-Spaltung eine anti-apoptotische Eigenschaft besitzt. Basierend auf diesen Beobachtungen wurde die Bedeutung der fehlenden NP-Spaltung und anti-apoptotischen Funktion für TCRV untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass TCRV deutlich Apoptose in der infizierten Zelle induziert. In TCRV-infizierten Zellen wurden Apoptosemerkmale wie Caspase 3- und PARP-Spaltung, Chromatinkondensation sowie die Bildung von apoptotic bodies detektiert. Eine genauere Charakterisierung der TCRV-induzierten Apoptose ergab, dass die Induktion zu einem späten Zeitpunkt der Infektion erfolgt und Zelltyp-abhängig ist. Ferner wurde mittels UV-inaktiviertem TCRV demonstriert, dass die Apoptose vermutlich durch virale Replikation/Transkription und Akkumulation viraler Proteine im Zytoplasma und nicht durch die Bindung und den Eintritt in die Zelle ausgelöst wird. Die Spaltung von Caspase 8 und 9 in TCRV-infizierten Zellen deutete zudem daraufhin, dass die TCRV-induzierte Apoptose unter Beteiligung des extrinsischen und des intrinsischen Signalwegs vermittelt wird. Interessanterweise zeigten TCRV-Wachstumskinetiken, dass die Inhibition der Caspasen zu verminderten Virustitern, die Aktivierung von Caspasen hingegen zu erhöhten Virustitern führt. TCRV hat somit durch die fehlende NP-Spaltung als anti-apoptotischen Mechanismus keinen Nachteil während der Infektion, sondern benötigt im Gegenteil die apoptotischen Prozesse für eine effiziente Virusproduktion und -freisetzung. Mit der vorliegenden Arbeit konnte erstmals für Arenaviren eine anti-apoptotische Funktion identifiziert werden, die über die NP-Spaltung durch zelluläre Caspasen vermittelt wird. Zusätzlich zeigen die aufgeführten Daten zum ersten Mal, dass JUNV und TCRV, trotz enger phylogenetischer Verwandtschaft, unterschiedliche Mechanismen besitzen, um Apoptose in der Wirtszelle zu modulieren. Während JUNV mittels NP-Spaltung Apoptose in der infizierten Wirtszelle gezielt unterdrückt, benötigt TCRV apoptotische Prozesse, um zu vergleichbaren Titern wie JUNV heranzuwachsen. Durch die vergleichenden Analysen von JUNV und TCRV NP konnten in dieser Arbeit Funktionen und Unterschiede zwischen den beiden Spezies identifiziert werden, die eine entscheidende Auswirkung auf die Virus-Wirtszell-Interaktion haben und in Zukunft helfen könnten, die signifikanten Pathogenitätsunterschiede der Viren zu erklären