@phdthesis{Hertzig2006,
  author    = {Hertzig, Tobias},
  title     = {Funktionelle Charakterisierung des coronaviralen Replikationskomplexes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-20152},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Coronaviren besitzen mit etwa 30 kb das gr{\"o}ßte Genom aller bisher bekannten RNA-Viren. Die Synthese der subgenomischen RNAs findet durch einen einzigartigen Mechanismus, die sog. diskontinuierliche Transkription, statt. Diese beiden Besonderheiten erfordern einen leistungsf{\"a}higen Replikationskomplex, der sich aus den Prozessierungsprodukten der Polyproteine 1a und 1ab und einigen zellul{\"a}ren Proteinen zusammensetzt. Die Aktivit{\"a}ten und die Expression der beteiligten Proteine werden auf co- und posttranslationeller Ebene reguliert. Dazu geh{\"o}rt eine ribosomale Leserasterverschiebung, die das Verh{\"a}ltnis zwischen den ORF1aund ORF1b-kodierten Proteinen festlegt, sowie eine umfangreiche proteolytische Prozessierung durch virale Proteasen. W{\"a}hrend die hochkonservierten ORF1b-kodierten Proteine vor allem RNA-synthetisierende und -prozessierende Funktionen besitzen, {\"u}bernehmen die weniger konservierten ORF1a-kodierten Proteine vor allem organisierende oder regulierende Funktionen. So sind sie beispielsweise maßgeblich an der intrazellul{\"a}ren Lokalisation, strukturellen Organisation und proteolytischen Regulation des Replikationskomplexes beteiligt und haben dar{\"u}ber hinaus nichtessentielle Aufgaben, die m{\"o}glicherweise bei spezifischen Interaktionen des Virus mit seinem Wirt von Bedeutung sind. Die meisten der bisher charakterisierten ORF1bkodierten Proteine besitzen essentielle Enzymfunktionen im viralen RNA-Metabolismus. Einige dieser Enzyme, wie die NendoU oder ExoN, sind spezifisch f{\"u}r die Nidovirales oder nur bestimmte Nidovirusfamilien. In der vorliegenden Arbeit wurde mittels eines revers-genetischen Ansatzes versucht, die Funktion und Bedeutung verschiedener viraler Proteine im Replikationszyklus von HCoV-229E zu untersuchen. Dazu wurden Transkripte von HCoV-229E-cDNAs genomischer L{\"a}nge, in die entsprechende Substitutionen eingef{\"u}hrt worden waren, in Zellen transfiziert und anschließend analysiert, inwieweit eine virale RNA-Synthese stattfand. Sofern sich infekti{\"o}se Viren im Zellkultur{\"u}berstand befanden, wurde diese n{\"a}her charakterisiert, insbesondere um m{\"o}gliche Defekte in der Virusreplikation und Ver{\"a}nderungen in der Sequenz zu identifizieren. Es wurde gezeigt, dass die Nichtstrukturproteine 13, 14, 15 und 16 wichtige Funktionen innerhalb der viralen RNA-Synthese besitzen, wobei die Aktivit{\"a}ten von nsp13 und nsp16 essentiell waren. Als besonders kritisch erwiesen sich auch die zinkbindenden Reste der Nterminalen Subdom{\"a}ne (ZBD) des Nichtstrukturproteins 13. Das Nichtstrukturprotein 14 besitzt ebenfalls eine zentrale Rolle innerhalb der viralen RNA-Synthese und scheint dar{\"u}ber hinaus an der Synthese der subgenomischen RNAs beteiligt zu sein. Die Bedeutung von nsp15 f{\"u}r die Lebensf{\"a}higkeit von HCoV-229E konnte anhand entsprechender Mutanten zweifelsfrei nachgewiesen werden, wobei die maßgeblichen Defekte wohl nicht ausschießlich in der RNASynthese, sondern eher in einem sp{\"a}teren Schritt des Replikationszyklus zu suchen sind. Mittels verschiedener Mutanten, die Substitutionen an Spaltstellen der MPRO trugen, konnte die essentielle Bedeutung der posttranslationellen Regulation der Replikaseaktivit{\"a}t durch die Hauptprotease gezeigt werden. In den allermeisten F{\"a}llen f{\"u}hrten Mutationen, die die Spaltungseffizienz reduzierten, zu einem Abfall in der RNA-Synthese und lebensf{\"a}hige Viren konnten nicht isoliert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Replikon auf der Basis des HCoV-229E hergestellt, das {\"u}ber Monate in Zellkultur gehalten und dessen Reportergenexpression durch Fluoreszenz- Mikroskopie beobachtet werden konnte. Es zeigte sich, dass f{\"u}r eine dauerhafte Koexistenz von Wirtszelle und Replikon-RNA nur wenige Ver{\"a}nderungen im viralen Genom notwendig waren. Mit Hilfe eines mutierten Derivats dieses Replikons gelang es, den Defekt einer viralen nsp15- Mutante n{\"a}her zu charakterisieren. Der Hauptteil der Arbeit widmete sich der Charakterisierung von chim{\"a}ren HCoV-229E-Klonen, deren Nichtstrukturproteine 7 und 8 bzw. 7 bis 9 gegen die entsprechenden Proteine des HCoVNL63 ausgetauscht wurden. Es konnte gezeigt werden, dass die Nichtstrukturproteine 7 und 8 von derselben Spezies stammen m{\"u}ssen, damit RNA-Synthese stattfindet, was auf eine essentielle Interaktion zwischen diesen beiden Proteinen schließen ließ. Die Identifizierung und Analyse adaptiver Mutationen in allen hier untersuchten chim{\"a}ren Klonen zeigte, dass offenbar neben der nsp7-nsp8-Interaktion noch weitere Interaktionen dieser Proteine mit anderen Proteinen, wie zum Beispiel nsp12 und nsp13, auf funktioneller und/oder struktureller Ebene von Bedeutung sind. Dar{\"u}ber hinaus ließen eine Reihe von Mutationen im Bereich des Leserasterverschiebungselements darauf schließen, dass sich bei diesen Viren die Leserasterverschiebungsrate ge{\"a}ndert haben k{\"o}nnte. Diese Hypothese konnte durch In-vitro- Translationsexperimente best{\"a}tigt werden. Es zeigte sich, dass durch diese Mutationen die Leserasterverschiebungsrate von 50 \% in der wildtypischen Situation auf 65 - 70 \% angehoben wurde. Diese relative {\"U}berexpression von ORF1b-Proteinen scheint zur Kompensation funktioneller Defekte, die durch die Fremdproteine nsp7 und nsp8 verursacht wurden, beizutragen. Obwohl bei den meisten chim{\"a}ren Klonen eine RNA-Synthese auf nahezu wildtypischem Niveau beobachtet werden konnte, wiesen Reduktionen im Virustiter um 60 - 90 \% auf verbliebene funktionelle Defekte im Replikationszyklus dieser Viren hin.},
  subject      = {Coronaviren},
  language  = {de}
}