Charakterisierung einer potentiellen Rolle des Nicht-Strukturproteins (NS) 1 der Influenza A Viren im viralen mRNA Export

Abstract

Influenza Viren verfolgen eine nukleare Replikationsstrategie und benötigen für ihre Vermehrung Komponenten der zellulären RNA-Prozessierungsmaschinerie. Die Transkription viraler mRNAs erfolgt durch den viralen Polymerase Komplex. Nur zwei der zehn viralen Transkripte werden gespleißt und könnten durch eine Assoziation mit dem zellulären Spleißapparat auf gleiche Weise Zugang zu Exportfaktoren erhalten, wie die zumeist intronhaltigen zellulären mRNAs. Die meisten viralen mRNAs hingegen werden nicht gespleißt und werden daher per se nur ineffizient von der nuklearen Exportmaschinerie erkannt. Das pleiotrope virale NS1 Protein ist für die Replikation der Influenza Viren von großer Bedeutung. Neben der Funktion als Interferon-Antagonist sind für NS1 in der Literatur auch Wechselwirkungen mit Faktoren der zellulären Exportmaschinerie beschrieben worden, die Bedeutung dieser Aktivitäten ist bisher jedoch nicht verstanden. Fest steht aber, dass Influenza Viren eine Strategie benötigen, um ihre viralen Transkripte in den nuklearen Exportweg der Zelle zu integrieren und eine effiziente Replikation zu gewähren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine potentielle Funktion des viralen NS1 Proteins im Export viraler mRNAs untersucht. In diesem Zusammenhang konnte gezeigt werden, dass NS1 mit den Proteinen SF2/ASF und Aly interagiert, die Faktoren des nuklearen TAP/NXF1-mRNA Exportweges sind. Verantwortlich für die Interaktion ist der N-terminale Bereich des NS1 Proteins. Die Untersuchungen zeigten, dass es sich höchstwahrscheinlich um direkte Protein-Protein Interaktionen handelt, die durch Bindung an gleiche RNA Moleküle unterstützt werden. RNA könnte demnach eine stabilisierende Funktion auf diese Virus-Wirts-Interaktionen haben, um den effizienten Ablauf des viralen mRNA Exports zu gewährleisten. Diese Schlussfolgerung wurde durch den Befund gestützt, dass sowohl NS1, als auch SF2/ASF an virale Transkripte binden können. Für Aly wurde diese Fähigkeit vor kurzem von anderen Autoren publiziert. Neben neuesten Ergebnissen, die eine Rolle des TAP/NXF1-vermittelten Exportweges für den viralen mRNA Export vorschlagen, deuten die Daten dieser Arbeit ergänzend auf die aktive Rolle des viralen NS1 Proteins am viralen mRNA Export hin. In dem vorgestelltem Modell agiert das NS1 Protein als virales Adapterprotein, um den Export viraler mRNA durch die zelluläre Exportmaschinerie zu ermöglichen. Eine vergleichbare Strategie wird ebenfalls von anderen Viren benutzt, beispielsweise HSV-1 Viren. Mit dieser Arbeit mag die Basis dafür gegeben sein aufbauende und weiterführende Analysen durchzuführen, um mögliche Angriffspunkte einer umfassenden medikamentösen antiviralen Strategie zu erforschen.

Influenza viruses replicate their viral genome in the nucleus of the host cell and therefore depend on functions of the cellular mRNA processing and export machinery for an efficient replication. Transcription of viral mRNAs occurs by the viral polymerase complex, and only two out of ten viral transcripts are spliced and may enter the export pathway via the association with the cellular spliceosome, as it occurs for intron-containing cellular mRNAs. However, most of the viral mRNAs are not spliced and thus are only inefficiently recognized by the cellular export machinery. The pleiotropic viral NS1 protein is a very important replication factor, especially due to its function as interferon antagonist. However, a link to the cellular export pathway has been described in the literature, but the impact of this function has not been revealed in detail. No doubt, influenza viruses are in need of a strategy to integrate viral mRNAs into the cellular export pathway to guarantee an efficient viral replication. The aim of this study was to investigate a potential role of the NS1 protein in the export of viral mRNAs. The experimental data presented in this study depict for the first time an interaction of the viral NS1 protein and the cellular proteins SF2/ASF and Aly, two components of the nuclear TAP/NXF1-mRNA export pathway. Most likely, this interaction occurs via direct protein-protein binding, which is supported by association to the same RNA molecule. Due to this finding, RNA molecules might have a stabilising function in this virus-host interaction to ensure complete and efficient viral mRNA export. This deductive reasoning was encouraged by data revealing that NS1 and SF2/ASF are able to bind viral mRNAs. In the case of Aly this ability has been published recently. Apart from recently published data that favour the involvement of the TAP/NXF1-mediated export pathway for Influenza Virus mRNA, the results of this study furthermore support an active role of the viral NS1 protein for the export of viral mRNA export. The NS1 protein acts in the proposed model as viral adapter protein to achieve export of viral mRNA via the cellular export pathway. A comparable strategy is also used by other viruses, for example HSV-1. The herewith presented work forms the basis for further constructive and continuative analyses, to investigate potential points of action for a medicinal, antiviral strategy.