Untersuchungen zur Rolle von Staufen1 im Replikationsmechanismus humaner Retroviren

Abstract

In dieser Arbeit sollte die Rolle des humanen Staufen1-Proteins hinsichtlich seiner Interaktion mit dem akzessorischen Protein Rec der endogenen humanen Retroviren der Familie HERV-K(HML-2) sowie dem funktionell verwandten Protein Rev des exogenen Retrovirus HIV-1 näher charakterisiert werden. Diese drei Proteine wirken maßgeblich am Kernexport ungespleißter sowie unvollständig gespleißter viraler RNAs mit. Die Kriterien, die zur Einwanderung dieser Proteine in die Stressgranula führen, sowie die beteiligten Proteinregionen sollten genauer beleuchtet werden. In diesen Untersuchungen zeigte sich, dass virale genomische RNAs nur im Falle des Rec-Proteins einen förderlichen Effekt auf die Lokalisation in den Stressgranula hatten. Der Knockdown von endogenem Staufen1 hatte ebenfalls nur einen negativen Effekt auf die Einwanderung von Rec. Analog dazu zeigte sich bei der Überexpression von Staufen1 eine verbesserte Einwanderung von Rec in die Stressgranula. Weder virale genomische RNAs noch die Expressionsstärke von Staufen1 beeinflussten dagegen die Einwanderung von Rev in die Stressgranula. Deletionsmutanten von Rev, die zur Interaktion mit Staufen1, zur Oligomerisierung oder zur Bindung an die Ziel-RNAs nicht mehr fähig waren, fanden sich trotzdem in den Stressgranula. Insgesamt war die Rekrutierung von Rev in die Stressgranula stärker als der Transport von Rec in diese Granula. Im Gegensatz zu Rec konnte Rev auch in den Prozessierungskörperchen beobachtet werden. Die Anzahl an Unterschieden legt nahe, dass Rec und Rev durch unterschiedliche Vorgänge in die Stressgranula gelangen. Trotz einiger Gemeinsamkeiten ist es denkbar, dass Staufen1 auch im Replikationsmechanismus dieser Retroviren recht unterschiedliche Funktionen wahrnimmt. Das Protein Staufen1 wird ebenfalls in großen Mengen in die Stressgranula rekrutiert. Die N-terminale Domäne mit der nicht mehr funktionsfähigen, aber konservierten dsRNA-bindenden Proteindomäne RBD2 ist für diese Einwanderung maßgeblich verantwortlich. Die Domäne RBD3 mit der stärksten Bindeaktivität an dsRNAs trägt in einem schwächeren Ausmaß ebenfalls zur Einwanderung in die Stressgranula bei. Stressgranula treten im Zuge von viralen Infektionen häufig auf und können von vielen Viren manipuliert werden. HIV-1 scheint dazu die inhibierende Wirkung von Staufen1 zu nutzen. Die genaue Rolle der Stressgranula und des in diesen enthaltenen Proteins Staufen1 während der Replikation von HIV-1, HERV-K(HML-2) und anderen Viren bleibt eine bislang nur teilweise beantwortete Frage mit möglicherweise therapeutischer Relevanz in der Zukunft.

The role of the human protein Staufen1 regarding its interaction with the accessory protein Rec of the endogenous retroviruses of the HERV-K(HML-2) family and the functionally related protein Rev of the exogenous retrovirus HIV-1 was further characterized in this work. These three proteins are decisively involved in the nuclear export of unspliced and incompletely spliced viral RNAs. The criteria that lead to the recruitment of these proteins in the stress granules as well as the involved protein domains should be examined more closely. The experiments presented in this work illustrated that viral genomic RNAs enhance only the localization of Rec in the stress granules. The knockdown of endogenous Staufen1 had only a negative effect on the transport of Rec into the stress granules. Correspondingly, the Staufen1-overexpression resulted in an increased transport of Rec into the stress granules. In contrast to these findings, neither viral genomic RNAs nor the expression level of Staufen1 had an influence on the recruitment of Rev into the stress granules. Deletion mutants of Rev which were incapable to interact with Staufen1, to oligomerize or to bind to the target RNAs were still found in the stress granules. All in all, the recruitment of Rev into the stress granules was stronger than the transport of Rec in these granules. In contrast to Rec, Rev could also be observed in the processing bodies. The number of differences between Rec and Rev suggests that these proteins are recruited into the stress granules by different processes. Despite several similarities, it is conceivable that Staufen1 may serve different functions in the replication mechanism of these retroviruses as well. The protein Staufen1 is also recruited into the stress granules in large amounts. The N-terminal domain with the nonfunctional, but conserved dsRNA-binding domain RBD2 is crucial for this migration into the stress granules. The domain RBD3 with the strongest affinity for dsRNAs is also participating to a minor degree in the recruitment of Staufen1 into the stress granules. Stress granules occur frequently during viral infections and can be manipulated by various viruses. In case of HIV-1, this manipulation is mediated by taking advantage of the inhibitory capacities of Staufen1. The precise role of the stress granules and the therein included Staufen1 during the replication of HIV-1, HERV-K(HML-2) and other viruses remains to be an incompletely answered question with potential therapeutic relevance for the future.