title: Virus-host interplay-Immediate virus recognition by RIG-I and PKR and viral counterstrategies
title: Virus-Wirt-InteraktionFrühe Virusdetektion durch RIG-I und PKR und virale Gegenmaßnahmen
Creators: name: Gerlach, Michaela
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: RIG-I-ähnliche Rezeptoren
RIG-I
Medical sciences, Medicine
RIG-I like receptors
Immunsystem
angeborenes Immunsystem
innate immune system

description: Viren stellen eine ständige
      Bedrohung der Menschheit dar, die Krankheiten mit milden
      Symptomen bis hin zu letalem Ausgang verursachen. Für das
      Überleben des Wirts ist daher eine schnelle und effiziente
      antivirale Immunantwort von entscheidender Bedeutung. Die
      meisten der bekannten neu auftretenden und hochpathogenen
      Viren besitzen ein RNA-Genom. RIG-I ähnliche Rezeptoren (RLR;
      RIG-I like receptors) und andere Immunrezeptoren, wie die
      Proteinkinase R (PKR), reagieren auf RNA-Strukturen im
      Zytoplasma der Wirtszelle. Die Detektion von Virusinfektionen
      induziert intrazelluläre Abwehrmechanismen, die einen
      antiviralen Zustand in der infizierten und den Nachbarzellen
      vermittelt und zudem das adaptive Immunsystem aktiviert.
      Viren wiederum haben komplexe Abwehrmaßnahmen entwickelt um
      die Immunreaktion zu verhindern. Die molekularen Mechanismen
      reichen vom unspezifischen Eingreifen in den
      Wirtszellmetabolismus bis hin zu einer spezifischen
      Inhibition von Schlüsselfaktoren der Immunantwort. Für ein
      besseres Verständnis welche viralen RNA-Strukturen durch
      Immunrezeptoren, wie RIG-I und PKR, detektiert werden und
      welche Art von viralen Antagonisten zu ihrer Inhibition
      führen, muss man den Aktivierungszustand von Immunrezeptoren
      genau bestimmen können. Hierfür wurde der limitierte
      Proteaseverdau und die native Polyacrylamid-Gelelektrophorese
      (PAGE), für einen direkten Nachweis der RIG-I und PKR
      Konformationsänderung beziehungsweise Oligomerisierung nach
      Aktivierung, etabliert. Verschiedene Studien haben geholfen,
      RIG-I stimulierende RNA-Strukturen in vitro zu
      identifizieren. Die erste Virusstruktur, welche die initiale
      antivirale Immunreaktion im natürlichen Kontext der
      Virusinfektion auslösen kann blieb jedoch ungeklärt. Im
      Rahmen dieser Studie konnten wir die 5 triphosphorylierte
      (5ppp) Pfannenstielstruktur viraler Nukleokapside als
      physiologischen RIG-I Agonisten identifizieren. Unabhängig
      von viraler Transkription und Replikation konnten die
      eintretenden enkapsidierten Genome von Bunyaviren (La Crosse
      Virus; LACV und Rift Valley Fieber Virus; RVFV) und
      Orthomyxoviren (Influenza A Viren; FLUAV) RIG-I Aktivierung
      und eine antivirale Signalkaskade stimulieren.
      Überraschenderweise wurde die antivirale Aktivität von RIG-I
      gegen FLUAV bereits durch die Bindung an die 5ppp
      Nukleokapside vermittelt, und war unabhängig von der RIG-I
      vermittelten Signalweiterleitung. Neben RIG-I konnte auch PKR
      als Immunsensor eintretender Nukleokapside identifiziert
      werden. PKR interagiert dabei mit der intergenischen Region
      (IGR; intergenic region) der viralen Genomsegmente mit
      Ambisense-Kodierungsstrategie. Die Assoziation von PKR mit
      der IGR eintretender RVFV (Bunyaviridae) und Arenavirus
      Nukleokapside vermittelt PKR-Phosphorylierung und
      Konformationsänderung und damit volle PKR Aktivierung. Um
      einer unmittelbaren Detektion durch RIG-I und PKR zu
      entgehen, müssen sich Viren anpassen. So wird die RIG-I
      Aktivierung durch FLUAV Nukleokapside durch eine adaptive
      Mutation der PB2-Polymeraseuntereinheit verändert. Die
      Adaptionsmutation PB2 E627K stabilisiert die Interaktion des
      FLUAV Polymerasekomplexes mit dem Nukleokapsid und verhindert
      dadurch die RIG-I vermittelte Detektion. Zudem interagiert
      das Lassa Virus (Arenaviridae) Nukleoprotein mit PKR und
      induziert dessen Abbau über das Proteasom. Somit konnte das
      Eintreten der viralen Nukleokapside in die Wirtszelle als
      erster Zeitpunkt der Immunerkennung im natürlichen Kontext
      der Virusinfektion nachgewiesen werden. Des Weiteren ergeben
      sich aus dieser Arbeit Einblicke, wie Viren sich entwickelt
      haben um dieser unmittelbaren Immundetektion zu
      entkommen.
description: Viruses are a constant threat to
      mankind causing diseases ranging from mild symptoms to fatal
      outcome. A rapid and efficient antiviral response is
      therefore crucial for the survival of the host. RIG-I-like
      receptors (RLR) and other immune receptors, like protein
      kinase R (PKR), specifically detect viral RNA species in the
      host cytoplasm. The sensing of virus infection triggers
      intracellular defense mechanisms resulting in viral alertness
      in the infected and surrounding cells, and forms the link to
      the adaptive immune system. Viruses, in turn, have evolved
      sophisticated countermeasures to dampen the antiviral
      response. The molecular mechanisms involved range from a
      broad shut-off of the host cell metabolism to a sensitive
      interference with key components of the immune system. For a
      better understanding, which viral RNA structures are detected
      by immune receptors like RIG-I and PKR and what kind of viral
      antagonists lead to their inhibition, it is crucial to be
      able to determine their activation status. Hence, limited
      protease digestion and native polyacrylamide gel
      electrophoresis (PAGE) were established to directly monitor
      RIG-I and PKR conformational switching and oligomerization
      upon activation, respectively. Various studies helped to
      identify RIG-I stimulating RNA structures in vitro, but the
      first viral structure triggering an antiviral interferon
      response in the natural context of virus infection remained
      to be resolved. We identified 5triphosphorylated (5ppp)
      panhandle structures packaged into nucleocapsids as
      physiological RIG-I agonists. Independent of virus
      transcription and replication, the incoming encapsidated
      genomes of bunyaviruses (La Crosse virus; LACV and Rift
      Valley fever virus; RVFV) and orthomyxovirus (influenza A
      virus; FLUAV) were able to stimulate RIG-I activation and an
      antiviral signaling cascade. Surprisingly, antiviral activity
      of RIG-I against FLUAV was already promoted by binding to the
      5ppp panhandle and was independent of RIG-I downstream
      signaling ability. In addition to RIG-I, we also identified
      PKR as an immune sensor of incoming nucleocapsids. PKR
      thereby interacts with the intergenic region (IGR) of viral
      genome segments using ambisense coding strategy. Association
      of PKR with the IGR of incoming RVFV (Bunyaviridae) and
      arenavirus nucleocapsids promotes PKR phosphorylation and
      conformational switching and hence full PKR activation. To
      antagonize immediate recognition by RIG-I and PKR, viruses
      need to adapt. RIG-I activation by FLUAV nucleocapsids was
      altered by an adaptive mutation of the polymerase complex
      subunit PB2. Mammalian adaptation mutation PB2 E627K
      stabilizes the polymerase complex association with the
      nucleocapsid thereby preventing RIG-I recognition of the 5ppp
      panhandle. Additionally, Lassa virus (Arenaviridae)
      nucleoprotein interacts with PKR and promotes its degradation
      via the proteasomal pathway. Therefore, we identified entry
      of viral nucleocapsids as the first time-point of immune
      recognition in the natural context of virus infection and
      give further insights how viruses have evolved to counteract
      immediate recognition.