Characterization of Tetraspanins and their Role in the Hepatitis C Virus Life Cycle

Abstract

Although infection with the Hepatitis C virus (HCV) can be cured by application of direct acting antivirals (DAAs), it remains a severe health concern throughout the world. The research community has disentangled many aspects of HCV biology and its interaction with the immune system, yet failed to develop a protective vaccine. By understanding the interplay between virus and host in more detail, it is hoped to gain profound insights that help to tackle the current lack of a vaccine and potential future problems caused by the evolution of therapy resistant variants. In this thesis, the tetraspanin family of proteins was investigated in the context of HCV replication. A flow cytometry-based surface expression screening revealed that levels of tetraspanins CD63 and CD81 were lower in cells expressing a full-genome viral RNA. CD81 is already well characterized as an important co-receptor for HCV entry. Further analyses were conducted to investigate how the downregulation of CD81 is mediated and to uncover potential functions. It could be demonstrated that the downregulation of CD81 in HCV expressing cells is mediated on the transcriptional level. To examine potential additional roles of CD81 in the life cycle of HCV, CD81 knock-out cells were created. In the course of their characterization it was discovered that viral constructs with impaired replication kinetics are dependent on the presence of CD81 at early stages of the viral life cycle. Subsequently, it was shown that a lack of CD81 can lead to a more pronounced integrated stress response (ISR) and higher NFκB activity. This leads to the hypothesis that HCV downregulates CD81 after the initial establishment of replication to benefit from pro-survival signals mediated through the ISR and NFκB pathways. In summary, it was shown that CD81 is downregulated by HCV in productively replicating cells to presumably increase pro-survival signals. If further investigated in more detail, this mechanism could contribute to the understanding of how chronic HCV is established and illuminate possible points to intervene.

Obwohl Infektionen mit dem Hepatitis C Virus (HCV) durch den Einsatz von direkt wirkenden Virostatika (Direct Acting Antivirals; DAA) geheilt werden können, bleiben Infektionen mit HCV und deren Folgen ein ernstes Gesundheitsproblem weltweit. Die Forschung hat viele Aspekte der HCV Biologie und seiner Interaktion mit dem Immunsystem erforscht, konnte jedoch bisher keinen schützenden Impfstoff entwickeln. Durch ein besseres Verständnis des Zusammenspiels zwischen Virus und Wirt erhofft man sich tiefgreifendere Erkenntnisse, die dazu beitragen können, das derzeitige Fehlen eines Impfstoffs, sowie künftige Probleme, die durch die Enstehung therapieresistenter Virusvarianten verursacht werden könnten, zu bewältigen. In dieser Arbeit wurde die Tetraspanin Proteinfamilie im Zusammenhang mit der HCV Replikation untersucht. Ein auf Durchflusszytometrie basierendes Screening der Oberflächenexpression ergab, dass die Konzentrationen der Tetraspanine CD63 und CD81 in Zellen niedriger waren, die eine virale, genomische RNA exprimieren. CD81 ist als wichtiger Co-Rezeptor für den Eintritt von HCV in Zellen bereits gut charakterisiert. Weitere Analysen wurden durchgeführt, um zu untersuchen, wie die Herabregulierung von CD81 zustande kommt und um mögliche Funktionen aufzudecken. Es konnte gezeigt werden, dass die Herunterregulierung von CD81 in HCV-exprimierenden Zellen auf der Transkriptionsebene vermittelt wird. Um mögliche weitere Rollen von CD81 im Lebenszyklus von HCV zu untersuchen, wurden CD81 Knock-out Zellen generiert. Im Verlauf ihrer Charakterisierung wurde festgestellt, dass virale Konstrukte mit beeinträchtigter Replikationskinetik in frühen Stadien des viralen Lebenszyklus von der Anwesenheit von CD81 abhängig sind. Anschließend wurde gezeigt, dass das Fehlen von CD81 zu einer ausgeprägteren integrierten Stressantwort (Integrated Stress Response; ISR) und einer höheren NFκB-Aktivität führen kann. Dies führt zu der Hypothese, dass nach der anfänglichen Etablierung der Replikation, CD81 von HCV herunterreguliert wird, um von überlebensfördernden Signalen zu profitieren, die durch die ISR- und NFκB-Wege vermittelt werden. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass CD81 durch HCV in produktiv replizierenden Zellen herunterreguliert wird, vermutlich um überlebensfördernde Signale zu verstärken. Wenn dieser Mechanismus weiter erforscht wird, könnte er zum Verständnis beitragen wie HCV Infektionen chronisch werden und aufzeigen wo mögliche Ansatzpunkte für ein Eingreifen liegen.