Endolysosomal effectors and their relevance for antiviral activity against the Hepatitis E virus

Abstract

Mit über 20 Millionen registrierter Fälle pro Jahr, repräsentiert das Hepatitis-E-Virus (HEV) die Hauptursache einer viralen Hepatitis weltweit. Hiermit ist es verantwortlich für jährlich über 22.000 verbundenen Todesfällen und stellt ein erhebliches Risiko insbesondere für Schwangere und immunsupprimierte Patienten dar, in denen eine Infektion häufig zu fulminanten Pathogenesen oder Chronifizierung führt. Trotz alledem sind derzeit nur zwei Behandlungsoptionen verfügbar: (i) Ribavirin und (ii) pegyliertes Interferon. Beide können schwere Nebenwirkungen induzieren, wobei Ribavirin zusätzlich zu einer Akquirierung von Medikamentenresistenz durch Mutation der viralen Polymerase führen kann. Deshalb sind neue Erkenntnisse in Bezug auf die Modulation der Wirtszelle durch HEV und Identifizierungen zentraler Wirtsfaktoren für die Freisetzung des Virus dringlich benötigt, um neue antivirale Wirkstoffe zu entwickeln. Eine virale Infektion führt in der Zelle primär zur Induktion des angeborenen Immunsystems. Dem folgt unter anderem die Produktion von Interferonen (IFNs) und weiters eine IFN-Antwort der Zelle selbst. Ein essenzielles Effektor Molekül von IFNγ, welches HEV nachweislich am effizientesten repressiert, ist die GTPase guanylate binding protein 1 (GBP1). In dieser Studie wurde beleuchtet, dass Letztere durch eine HEV-Infektion induziert wird. Ursächlich ist eine Induktion des proximalen GBP1 Promotors durch die Anwesenheit eines ISRE Promotorelements. In widersprüchlicher Weise folgt dieser Induktion eine Reduktion GBP1-spezifischer Transkripte. Trotz dessen, ist die Proteinmenge der GTPase durch Infektion signifikant erhöht, was durch eine HEV-bedingte Stabilisierung der Halbwertszeit erklärt werden konnte. Eine Abundanz an GBP1 wurde weiters durch dessen ektopische Expression charakterisiert, wobei ein besonderes Augenmerk auf antivirale Effekte gegen HEV gelegt wurde. In diesem Kontext reduziert GBP1 sowohl die intrazelluläre Menge des HEV Kapsidproteins als auch die Menge freigesetzter Virionen. Ursächlich hierfür ist die GBP1-induzierte Inkorporation von Virionen in Lysosomen, was schlussendlich deren Abbau nach sich zieht. Da GBP1 Teil der Dynamin Superfamilie ist, wurden zugrundeliegende Mechanismen, unter Verwendung ektopischer Expression von GBP1-Mutanten, diesbezüglich untersucht. Inkorporation der Mutation R48A führt zum Verlust der GTPase-Aktivität, was den Verlust der Dynaminfunktion bedeutet. Andererseits führt eine Inkorporation der Mutation S73A zum Verlust der Homodimerisierung, was die nachfolgende Farnesylierung und gekoppelte Membranassoziation reduziert. Hierbei behält GBP1-R48A Fähigkeiten zur Induktion lysosomalen Abbaus von HEV bei, GBP1-S73A jedoch nicht. Dies wiederum bedeutet, dass eine GBP1 Homodimerisierung notwendig für den antiviralen Mechanismus ist, was eine Adapterfunktion des Moleküls für lysosomale Inkorporation nahelegt. Die Relevanz von GBP1 während einer IFNγ-Antwort wurde deshalb mittels siRNA-basiertem Silencing untersucht. Ähnlich der ektopischen Expression von GBP1 induziert IFNγ die lysosomale Degradation von HEV, was eine dramatische Reduktion der freigesetzten Virionen nach sich zieht. In Abwesenheit von GBP1 jedoch, ist dieser Effekt signifikant geringer ausgeprägt, was zu einem Effizienzverlust von IFNγ in Bezug auf dessen antiviralen Effekt bedeutet. Dies führte schlussendlich zur Identifizierung von GBP1 als essenziellen Restriktionsfaktor gegen HEV, was seine Rolle in Abhängigkeit seiner Homodimerisierung via Induktion lysosomalen Abbaus erfüllt. Ein Phänotyp, der unter IFN-Behandlung deutlich wurde, ist die Akkumulation von Cholesterin in Lysosomen. Dieser ist, ähnlich der Induktion von GBP1, am stärksten im Falle von IFNγ ausgeprägt. Da dieses Lipid einen essenziellen Faktor für endosomale Reifung, Transport und Funktionalität darstellt, könnte es HEV direkt affektieren. Grund hierfür ist die zentrale Rolle von multivesikulären Körpern für die virale Freisetzung, welche Teil des endosomalen Systems sind. Deshalb wurden Cholesterinspiegel und verbundene transkriptionelle Fußabdrücke im Kontext einer HEV Infektion untersucht. Letztere führt in diesem Kontext zu einer deutlichen Änderung der Genexpression zentraler Faktoren innerhalb der Cholesterinhomöostase, was eine Reduktion intrazellulären Cholesterins nach sich zieht. Eine ähnliche Situation kann in HEV infizierten Patienten nachgewiesen werden, wobei eine Infektion zur Abnahme des Serumcholesterins führt. Dies wiederum legt nahe, dass reduzierte Cholesterinmengen begünstigend auf das Virus wirken. Dies überprüfend, wurden intrazelluläre Cholesterinmengen moduliert, wobei die Inhibition des respektiven Anabolismus durch Simvastatin eine verstärkte Freisetzung von Virionen bedingt. Erneut ist in chronisch HEV infizierten Patienten ein vergleichbares Bild nachweisbar, wobei Behandlung mit Statinen zu einer Erhöhung der viralen Titer im Serum führt. Dies unterstützt die aufgestellte These und warf die Frage auf, ob Statine im Kontext einer HEV Infektion kontraindiziert sind. ...