Domänen des Kapsidproteins L2 humanpathogener Papillomviren für die Interaktion mit viralen und zellulären Bindungspartnern

Die Kapsidproteine L1 und L2 von humanen Papillomviren (HPV) werden im Cytoplasma infizierter Keratinocyten synthetisiert und gelangen unabhängig voneinander in den Kern (Florin et al. 2002b). L2 lokalisiert in speziellen Kerndomänen, sog. ND10, und induziert die Reorganisation dieser Kernstrukturen: L2-abhängig akkumuliert der transkriptionelle Modulator Daxx verstärkt in ND10 und außerdem kommt es zum Ausschluss des transkriptionellen Aktivators Sp100 aus diesen Domänen (Florin et al. 2002a). Im Anschluss an diese Umorganisation im Kern induziert L2 die Lokalisation des Kapsidproteins L1 in ND10 (Florin et al. 2002b). Da auch die Replikation und Transkription von Papillomviren in oder in unmittelbarer Nähe von ND10 stattfinden, werden ND10 als Orte der Papillomvirus-Morphogenese diskutiert (Swindle et al. 1999). Innerhalb dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass L1 und L2 im Cytoplasma der Zellen mit Chaperonen interagieren, und dass der Kerntransport von L2 von der L2/Hsc70-Assoziation abhängig ist. Hsc70, das mit dem C-Terminus von L2 assoziiert ist, wird in virusähnliche Partikel (VLPs) eingebaut. Erst durch die Verpackung von DNA in die Kapside kommt es zum Ausschluss von Hsc70 aus dem Papillomvirus-Kapsid. Ergebnisse dieser Arbeit lassen zudem vermuten, dass L2 über seinen C-Terminus mit Mikrotubuli interagieren kann, falls diese Aminosäure-Region in L2 nicht durch das Chaperon maskiert wird. Mit Hilfe dieser Erkenntnisse wurde eine Modellvorstellung für die Rolle von L2 während der Infektion und der Morphogenese von HPV entwickelt. Die ND10-Lokalisationsdomäne (NDLD) in L2 konnte wie bei keinem Protein zuvor auf eine sehr kurze Sequenz von 22 Aminosäuren eingeengt werden. Welcher Mechanismus für die ND10-Lokalisation verantwortlich ist, muss dagegen noch geklärt werden. Alle L2-Mutanten, die ND10-Lokalisation zeigen, induzieren auch die Reorganisation dieser Domänen. Dies spricht dafür, dass L2 direkt in ND10 die Veränderungen hervorruft und wahrscheinlich keine zusätzlichen Domänen in L2 daran beteiligt sind. Es konnten zwei L1-Interaktionsdomänen in L2 kartiert werden. Diese beiden Regionen in L2 konnten nicht genauer lokalisiert werden und umfassen möglicherweise mehrere L1-Interaktionsdomänen. Der Einbau von L2 in die Kapside kann nur im Kern infizierter Zellen stattfinden. Hierfür ist die Lokalisation der Kapsidproteine in ND10 nicht notwendig. Weiterführende Versuche müssen jedoch noch klären, inwieweit ND10 trotzdem unerlässlich für eine produktive Morphogenese sind. Zudem wurde klar, dass die ersten 150 Aminosäuren im L2-Protein für das L1/L2-Verhältnis in Kapsiden verantwortlich sind. In Virionen beträgt dieses Verhältnis 30:1, d. h. zwölf L2-Moleküle werden in die Partikel aus 360 L1-Molekülen eingebaut. Bei der Verwendung der Deletionsmutante L2-150/467 beträgt dieses Verhältnis 5:1. Weitere Analysen, welche Regionen von L1 und L2 miteinander interagieren und wodurch die Beschränkung des L1/L2-Verhältnisses in Papillomviren zustande kommt, können genauere Einblicke in den Aufbau der Kapside und speziell die Lage von L2 im Kapsid liefern.The capsid proteins L1 and L2 of human papillomaviruses (HPV) are synthesized in the cytoplasm of infected ceratinocytes and are translocated into the nucleus independently from each other (Florin et al. 2002b). The minor capsid protein, L2, localizes in distinct subnuclear structures, so called nuclear domains 10 (ND10) and induces the reorganization of these domains: L2 recruits the transcriptional modulator Daxx into ND10 and causes the loss of the transcriptional regulator Sp100 from these subnuclear structures (Florin et al. 2002a). This is followed by the L2-induced attraction of the major capsid protein, L1, into these sites when co-expressed. Since viral genomes replicate in or close to ND10 (Swindle et al. 1999), in addition, ND10 were proposed as sites of papillomavirus morphogenesis. This work shows that L1 and L2 interact with the cellular chaperone Hsc70 in the cytoplasm and that nuclear translocation of L2 depends on the L2/Hsc70 association. Hsc70 is incorporated into virus-like particles (VLPs) via the C-terminus of L2 but this association is lost when DNA is incorporated into capsids. In the absence of sufficient quantities of Hsc70, L2 interacts with components of the microtubule network resulting in its cytoplasmic retention. A working model is presented to describe the role of L2 during infection and morphogenesis. Applying deletion mutagenesis and generation of L2/GFP fusions, the L2 ND10 localization domain (NDLD) was mapped to a short sequence of 22 amino acids (aa) located between L2 aa 399 and 420. The exact mechanism driving L2 accumulation at ND10 could not be identified, yet. All mutant L2 proteins localizing in ND10 also induce the reorganisation of the domains. This supports the idea that L2 causes the changes directly in ND10 and that no other L2 domains are necessary. The characterization of L2 mutants also led to the identification of two L2 domains independently interacting with L1. This analysis does not exclude the presence of additional L1 interacting domains. The L1/L2 interaction is restricted to the nucleus but does not require the accumulation of the two capsid proteins in ND10. Whether ND10 are necessary for other steps during papillomavirus morphogenesis have to be shown in future experiments. Deletion of the N-terminal 150 amino acids of L2 had a drastic effect on the number of L2 molecules incorporated into VLPs. Now a L1/L2 ration of 5:1 is observed as in contrast to approximately 30:1 in the case of wtL2. Further analysis of the L1/L2 interaction may allow more insights into the steps of papillomavirus capsid assembly