Analysis of the antiviral activity of IFITM-proteins

Virale Infektionen gehören zu den häufigsten Todesursachen weltweit. Da nur unzureichende Therapieoptionen vorhanden sind und die hohe Mutationsrate vieler Viren eine schnelle Resistenzentwicklung zur Folge hat, sind dringend neue Therapieansätze notwendig. Das Interferon-System hemmt Viren und ist ein wichtiger Bestandteil des angeborenen Immunsystems. Interferon-induzierte antivirale Effektoren blockieren verschiedene Schritte des viralen Lebenszyklus und die Aufklärung der zugrundeliegenden Mechanismen könnte wertvolle Hinweise für die Entwicklung neuer antiviraler Medikamente liefern. Zu diesen antiviralen Effektoren zählen die Interferon-induzierten Transmembranproteine (IFITMs), welche den Wirtszelleintritt von zahlreichen umhüllten Viren wie Influenza-A-Virus, Ebolavirus und humanes Immundefizienz-Virus inhibieren. Dabei wurde gezeigt, dass IFITMs die Fusion von Virushülle und zellulärer Membran blockieren und dass ihr Einbau in humane Immundefizienz-Viren deren Infektiosität reduziert. Außerdem wurde beschrieben, dass IFITMs die Spaltung des Glykoproteins des humanen Immundefizienz-Virus durch die zelluläre Protease Furin hemmen. Ein Ziel dieser Arbeit war es zu klären, ob IFITMs auch in andere Viruspartikel inkorporiert werden und deren Freisetzung sowie Infektiosität modulieren. Zudem sollte untersucht werden, ob IFITMs auch mit der Glykoproteinprozessierung anderer Viren interferieren. Mittels retroviraler Pseudoviren und transienter Transfektion konnte gezeigt werden, dass IFITM3 unabhängig von viralen Glykoproteinen in Viruspartikel inkorporiert wird und so deren Infektiosität reduziert. Außerdem konnte gezeigt werden, dass die transiente Expression vom IFITM3 nicht nur die Spaltung des Glykoproteins des humanen Immundefizienz-Virus, sondern auch die Spaltung anderer viraler Glykoproteine hemmt. Durch die Verwendung eines Plasmidsystems, das die Herstellung von vermehrungsfähigen Ebolavirus-ähnlichen Partikeln erlaubt, konnte kein Einfluss von IFITM3 auf die Replikation von Ebolavirus festgestellt werden, welcher die IFITM3-vermittelte Inhibition des Eintritts und die Freisetzung von Ebolavirus erklären könnte. Schließlich wurde untersucht, ob das Ebolavirus für Proteine kodiert, die die antivirale Wirkung vom IFITM3 blockieren. Expressionsanalysen und funktionellen Studien zeigten, dass keines der Ebolavirus-Proteine die Expression oder die antivirale Wirkung vom IFITM3 hemmt. Zusammengefasst zeigt diese Arbeit, dass IFITMs unabhängig vom viralen Glykoprotein in Viruspartikel inkorporiert werden, deren Infektiosität verringern und die Spaltung verschiedener viraler Glykoproteine hemmen. Außerdem konnte demonstriert werden, dass IFITM3 die Spaltung des Ebolavirus-Glykoproteins und die Infektiosität von Ebolavirus-ähnlichen Partikeln blockiert und dass Ebolavirus-Proteine nicht mit der antiviralen Wirkung vom IFITM3 interferieren. IFITM3 könnte daher die Ausbreitung von Ebolavirus in infizierten Personen reduzieren. Insgesamt erweitert diese Arbeit somit die Kenntnisse über die antivirale Wirkung von IFITMs und die weitere Erforschung dieser Mechanismen könnte wichtige Hinweise für die Entwicklung neuer antiviraler Therapiemaßnahmen mit breitem Wirkspektrum liefern.Viral infections are among the leading causes of death worldwide. Only a limited number of therapy options are available. Moreover, the high mutation rate of many viruses leads to the rapid development of resistance. In consequence, new therapeutic approaches are urgently needed. The interferon system inhibits viruses and plays an essential role in the innate immune system. Interferon induced antiviral effectors block different steps of the viral cycle of life and the understanding of the underlying mechanisms could lead to the promotion of new antiviral drugs. Interferon-induced transmembrane proteins (IFITMs) are antiviral effectors, which inhibit entry of several enveloped viruses, including human and simian immunodeficiency virus, influenza A virus and Ebola virus. It has been proposed that IFITMs inhibit viral entry by preventing fusion of viral envelope and host membrane. In addition, research revealed that IFITMs are incorporated into HIV/SIV particles and that virion incorporation is associated with reduced viral infectivity. Furthermore, evidence was provided that IFITMs bind to HIV Env and interfere with priming of Env by the host cell protease furin. This doctoral thesis aimed to clarify whether IFITMs are also incorporated into other viral particles and modulate particle release and infectivity. Besides, it should be assessed whether Env binding and blockade of proteolytic processing extends to the Env proteins of other viruses. Using retroviral particles and transient transfection, an Env-independent incorporation into viral particles und consequently reduced infectivity were demonstrated. Additionally, transient expressed IFITM3 prevents not only the cleavage of HIV Env, but also other viral glycoproteins. With the aid of a plasmid system, enabling the production of Ebolavirus-like particles, it could be shown that IFITMs do not interfere with replication of Ebolavirus. Therefore, this does not explain the IFITM-mediated inhibition of Ebolavirus release and entry. Finally, it was investigated whether Ebolaviruses evolved countermeasures to hinder the antiviral action of IFITMs. However, none of the ebolavirus proteins inhibited the antiviral activity of IFITM3 in expression analysis and functional studies. In summary, the present work revealed that IFITMS are incorporated into viral particles ENV-independently, reduce their infectivity and inhibit the cleavage of various viral glycoproteins. Moreover, IFITM3 impairs the processing of Ebolavirus glycoprotein and reduces infectivity of Ebolavirus particles, having no Ebolavirus proteins antagonizing this. Hence, IFITM3 could limit the spread of Ebolavirus in infected patients. Overall, this work expands the knowledge about the antiviral activity of IFITMs. Further research is crucial to develop new therapeutic approaches with a broad antiviral spectrum.2022-09-0