Reconstitution of the herpesviral pUL31-pUL34 nuclear egress complex function

Abstract

Um sich in einer Vielzahl von Wirten vermehren zu können, haben sich Herpesviren im Laufe ihrer Evolution erfolgreich angepasst. Sie sind die bisher einzig bekannten Viren, die nach einer Erstinfektion ein Leben lang in ihrem Wirtsorganismus persistieren, indem sie in eine Art Ruhezustand (Latenz) übergehen. Eine weitere Besonderheit von Herpesviren, ist der im Zellkern erfolgende Zusammenbau von Viruskapsiden. Diese werden aufgrund ihrer Größe die das Größenlimit von Kernporenkomplexen übersteigen, durch einen virusvermittelten, vesikulären Transport durch die Kernhülle in das Zytoplasma transportiert. Dieser Transport umfasst die Induktion von Membrandeformation, sowie darauf folgende Membranabschnürungen der inneren Kernmembran. In diese werden Kapside integriert und liegen im periplasmatischen Raum vor. Dieser Prozess wird als primäre Umhüllung bezeichnet. Im weiteren Verlauf fusionieren die umhüllten, periplasmatischen Kapside mit der äußeren Kernmembran und geben diese zum weiteren Transport in das Zytoplasma frei. Es wird angenommen, dass für diesen Einschnürungsprozess an der inneren Kernmembran zwei in allen Herpesviren konservierte, virale Proteine entscheidend sind. Diese essentiellen Proteine sind pUL31 und pUL34. Sie interagieren miteinander an der inneren Kernmembran und formen den sogenannten Kern- Austritts-Komplex. Konzentrationsunterschiede von pUL31 und pUL34 zwischen Zellkern und Zytoplasma, definieren die Richtung des Kerndurchtritts und sind vermutlich der Grund für die Beibehaltung eines konservierten Zwei-Komponenten Kern-Austritt-Komplexes. Die Beteiligung zellulärer Proteine an der Umhüllung, sowie der zugrunde liegende Mechanismus sind bisher nicht bekannt. Mit Hilfe eines minimalen, artifiziellen Membranvesikel Testsystems konnte ich nachweisen, dass die Interaktion der beiden viralen Proteine ausreichend ist, um Membraneinstülpungen und deren Fusion zu vermitteln. Dies erfordert keine weiteren zellulären Faktoren. Weiterhin konnte ich zeigen, dass das virale Protein pUL31 künstlich an Membranen gebunden, ausreichend ist, um deren Umstrukturierung XVI hervorzurufen. Die initiale Bindung und folgende Oligomerisierung von pUL31 an Membranen, induziert die Ausbildung einer Hülle in Abwesenheit des Interaktionspartners pUL34, was zu Membrandeformation und Abschnürungen führt. Meine Ergebnisse legen nahe, dass lediglich der Komplex aus zwei viralen Proteinen in einem minimalen System ausreichend ist, um Membranen zu deformieren. Die wichtigen Funktionen dieses Komplexes: Membrandeformation und Membranabschürung vermittelt lediglich das virale Protein pUL31. pUL34 fungiert somit in dem minimalen Vesikelsystem als Rekrutierungsfaktor für pUL31. Weitere, mitunter essentielle Funktionen des konservierten Proteins pUL34 und seiner Homologen im Vermehrungszyklus der Herpesviren können jedoch nicht ausgeschlossen werden. Zusammenfassend demonstriert diese Arbeit, dass im Gegensatz zur Komplexität zellulärer Membrandeformations- und Abschnürungs-Prozesse, ein einzelnes virales Protein diese grundlegenden Funktionen vereint. Die weiteren vorgestellten Ergebnisse unterstreichen zudem den Vorteil von in-vitro-Systemen, um molekulare Mechanismen membranbezogener Prozesse zu untersuchen.