Relevanz des autophagosomalen Kompartiments für die Morphogenese des Hepatitis-B-Virus

Abstract

Das Hepatitis-B-Virus ist ein partiell doppelsträngiges DNA-Virus, welches mittels Sekretion immunmodulatorisch wirkender SVP (Sphären und Filamente) seine Infektiosität steigern kann. Der Exportmechanismus der Virionen und Filamente erfolgt ESCRT-abhängig über MVBs, wohingegen Sphären konstitutiv via Golgi-Apparat ausgeschleust werden. Neben der vielfältigen Beeinflussung der vesikulären Transportwege spielt die Induktion der Autophagie eine essentielle Rolle für das HBV – seine virale Replikation wird hierdurch erst ermöglicht und darüber hinaus gesteigert, wenngleich die Replikation selbst nicht innerhalb der Autophagosomen stattfindet. Um einen detaillierten Einblick in die Bedeutung der autophagosomalen Prozesse für die HBVMorphogenese zu erhalten, wurde in der vorliegenden Arbeit die Autophagie in vitro in HBV- positiven Zellen inhibiert. Die Sphären als weitaus größter Bestandteil der SVP zeigen infolgedessen ein unbeeinflusstes Sekretionsverhalten. Hingegen wird neben der viralen Replikation auch die Umhüllung und Reifung der Virionen gestört, weswegen lediglich eine sehr geringe Menge an Viren die Zellen verlassen kann. Die aufgrund der Replikationshemmung nicht in virale DNA umgeschriebene 3,5 kb RNA dient letztlich der Bildung des nichtpartikulären HBeAg. Es zeigt sich somit ein direkter Einfluss des autophagosomalen Kompartiments sowohl auf die Bildung vollständig assemblierter Viren als auch auf die Ausschleusung ebenjener Partikel. Die zurückgehaltenen Viren akkumulieren zusammen mit den Filamenten im ER-Golgi-Bereich. Da eine Blockade der Autophagiemechanismen in vivo nicht zu realisieren ist, beschränkten sich die Untersuchungen auf Leberzellen HBV-transgener Mäuse mit intaktem autophagosomalen Kompartiment. Die Ergebnisse zeigen bestätigend gesteigerte autophagosomale Prozesse in verstärkt HBV-exprimierenden Zellen im Vergleich zu nicht-HBV-exprimierenden Zellen, was einen Beweis für die HBV-induzierte Autophagiesteigerung darstellt. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse zeigen, dass HBV in der Lage ist zelluläre Prozesse zu beeinflusst und zu nutzen. Die Ergebnisse könnten einen wesentlichen Beitrag zur Erforschung neuartiger Therapeutika darstellen; eine pharmakologische Beeinflussung der Autophagie könnte neben einer reduzierten Bildung neuer Viren und einer Exporthemmung der Viren und Filamente über eine verringerte extrazelluläre Viruslast eine verminderte Neuinfektion weiterer Zellen bewirken. Für eindeutige Aussagen wären jedoch weitere Versuchsreihen vonnöten.

The hepatitis B virus is a partially double-stranded DNA virus which increases its infectivity by the secretion of non-infectious subviral particles (spheres and filaments). The export of virions and filaments occurs ESCRT-dependently via MVBs, whereas spheres are secreted via the constitutive pathway. Besides its pronounced influence on several vesicular transport pathways, HBV furthermore induces autophagy. The induction is essential for the viral replication, moreover, it enhances the replication – even though it does not happen inside the autophagosomes. For gaining a detailed insight into the impact of the autophagosomal processes on the HBV morphogenesis, autophagy was inhibited in vitro in HBV-positive cells. The spheres, as by far the largest share of the SVPs, show an uninfluenced secretion pattern. In contrast, the viral replication, coating and maturation of virions is inhibited; therefore, only a small number of virions is able to exit the cells. The inhibition of replication leads to an accumulation of 3.5 kb RNA which leads to an enhanced production and secretion of HBeAg. Therefore, a direct influence of the autophagosomal compartment on the synthesis and export of completely assembled viruses can be observed. In fact, virus and filaments accumulate in the ER Golgi area. As there is no possibility of directly inhibiting autophagy in vivo, the experiments were limited to the analysis of liver cells of HBV- transgene mice with intact autophagosomal compartment. The results confirm induced autophagosomal levels in increased HBV-expressing cells in comparison to non-HBV-expressing cells, which is a proof for the HBV-induced enhancement of autophagy. The results clarify to which extent HBV influences and utilizes cellular processes and represents an essential contribution to the investigation of novel therapeutical agents. A pharmacological inhibition of autophagy may result in a reduced synthesis of new viruses and an inhibited export of viruses and filaments. The reduced viral load may result in a significantly decreased infection rate of healthy hepatocytes. For distinct conclusions further experiments would be necessary.