Funktion und Zellulärer Transport des HIV-1 Glykoproteins

Das HIV-1 Envelope-Protein spielt eine entscheidende Rolle in der fruhen Phase der Virusreplikation, wenn sich das Viruspartikel an den Rezeptor der Zielzelle anheftet und eine Verschmelzung von Virus- und Zellmembran eingeleitet wird. Als integrales Membranprotein wird es in der virusinfizierten Zelle im endoplasmatischen Retikulum synthetisiert und kotranslational modifiziert. Auf seinem Weg zur Zelloberflache bildet es Oligomere, wird in grosem Ausmas glykosiliert und im terminalen Golgi-Komplex in zwei Untereinheiten gespalten, die uber nicht-kovalente Bindungen miteinander assoziiert bleiben. Fur seine Funktion sind diese Modifikationen notwendig und in dieser Form findet man es in der Membran von neugebildeten Viruspartikeln, nachdem diese die Zelle verlassen haben. Ein Teil der Untereinheiten dissoziiert spontan von der virusinfizierten Zelle wie auch vom Viruspartikel, so das freies Glykoprotein (gp120) extrazellular zu finden ist. In der vorliegenden Arbeit wurde zum einem die fur die Membranfusion entscheidende Domane des Glykoproteins, namlich der hydrophobe N-Terminus der membranstandigen Domane, mit Hilfe rekombinanter, subgenomischer Konstrukte analysiert. Dabei wurde zuerst in naturlich vorkommenden Patientenisolaten nach Variationen in dieser Region und deren Auswirkungen auf die Fusionsaktivitat geschaut. Es zeigte sich, das trotz hoher Aminosaurevariabilitat der hydrophobe Charakter des N-Terminus sowie die Glycin-Positionen erhalten bleiben, es aber einige Mutationen gibt, die die Fusionsaktivitat beeinflussen. Dies kann uber eine Verminderung der Spaltbarkeit des Vorlauferproteins sowie uber eine Storung der Assoziation der Untereinheiten nach der Spaltung erfolgen. In einem weiteren Ansatz wurden mittels gezielter Mutagenese Deletionen im N-Terminus durchgefuhrt. Obwohl dabei die beiden putativen Spaltstellen des Vorlauferproteins nicht direkt mutiert wurden, zeigte sich, das mit zunehmender Deletion die Spaltbarkeit herabgesetzt wurde. Desweiteren zeigte sich, das es neben der oben genannten spontanen Dissoziation von Glykoprotein in den Extrazellularraum noch einen weiteren Weg gibt, mit dessen Hilfe die Zelle das HIV-Env sezernieren kann. Es fanden sich extrazellulare Mikrovesikel, in die Glykoproteinmolekule inkorporiert sind. Dies geschieht besonders effektiv mit nicht gespaltenem Env und und mit Env-Mutanten, die eine Deletion im C-teminalen Bereich des gp41, der jenseits der Zellmembran cytoplasmatisch lokalisiert ist, aufweisen. Durch Analyse der Zuckerseitenketten der Glykoproteine konnten Hinweise auf die Zellkompartimente, aus denen sie stammen, gewonnen werden. Das in den Mikrovesikeln vorliegende Glykoprotein zeichnet sich weiterhin durch eine ungewohnliche Resistenz gegenuber zuckerspaltenden Enzymen sowie Proteasen aus, was auf eine gegenuber dem Viruspartikel veranderte raumliche Struktur oder auf eine reverse Orientierung in der Membran schliesen last. Daruberhinaus zeigte sich, das der Transport uber Mikrovesikel es auch noch weiteren HIV-Proteinen, die keine Glykoproteine sind, sondern in der infizierten Zelle zytosolisch vorliegen, ermoglicht, die Zelle zu verlassen, vor allem, wenn sie membranverankert vorliegen. Abschliesend wird diskutiert, welche Funktion der Export von Proteinen uber Mikrovesikel fur die virusinfizierte Zelle bzw. fur die Virusmaturation haben konnte. Desweiteren wird die Bedeutung der verschiedenen Formen von zellfreiem Glykoprotein fur die Pathogenese der HIV-Erkrankung insbesondere im zentralen Nervensystem sowie fur die Impfstrategien, die rekombinantes Env beinhalten, erlautert.