Functional Analysis of Influenza A virus interactions with host surface proteins in influenza pneumonia
Creators: name: Schulze, Jessica
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2022
Subjects: subject: Virologie
subject: Influenzaviren
subject: virale Pneumonie
subject: Alveoläre Flüssigkeitsresorption
subject: virology
subject: Influenza Viruses
subject: viral pneumonia
subject: Alveolar Fluid Clearance
subject: 570 Biologie
subject: YD 6904
subject: YD 6912
subject: YD 6913

description: Influenzavirus (IV)-Infektionen der unteren Atemwege induzieren virale Pneumonien, die häufig in akutem Lungenversagen resultieren. Merkmale einer IV-induzierten Pneumonie sind Schädigungen des Alveolarepithels und eine Ansammlung von Ödemflüssigkeit im Alveolarraum, wodurch der Gasaustausch beeinträchtigt wird. In Abhängigkeit eines Natriumgradienten, aufgebaut durch die basolaterale Na,K-ATPase (NKA) und den apikalen epithelialen Natriumkanal (ENaC), wird unter normalen Bedingungen die Ödemflüssigkeit aus dem Alveolarraum entfernt. In Folge einer IV-Infektion werden verschiedene Membranionenkanäle dysreguliert und eine verringerte alveoläre Flüssigkeitsresorption (AFC) beobachtet. Eine IV-Infektion führt u.a. zu einer reduzierten NKA-Expression in nicht-infizierten Nachbarzellen, sowie zu einer Dislokation der NKA zur apikalen Zellmembran in infizierten Zellen. Co-Immunopräzipitationsstudien identifizierten das virale M2-Protein als NKA-Bindepartner. Mittels Mutationsanalyse konnten drei Aminosäuren im zytoplasmatischen Teil von M2 als kritisch für die NKA-Bindung identifiziert werden. Rekombinante IV mit gestörter NKA Bindung zeigten im Vergleich zu IV WT in polarisierten Calu 3 Zellen in vitro sowie in Mäusen in vivo eine verbesserte AFC. Eine mutationsbedingte Glykosylierung des M2-Proteins führte jedoch unerwartet zu einer verstärkten Immunantwort in vivo, die trotz verbesserter AFC zu einem schwereren Krankheitsverlauf führte. Grund dafür könnte eine Aktivierung der Unfolded Protein Response aufgrund der Glykosylierung sein. Die Erkenntnis, dass M2 ein wichtiger Modulator in der Regulation der alveolären Flüssigkeitshomöostase ist, könnte dennoch helfen, neue therapeutische Ansätze für IV-induzierte Pneumonien zu definieren. Darüber hinaus unterstreicht es die Relevanz einer in der vorliegenden Arbeit durchgeführten Surfactome-Analyse zur Identifizierung neuer potentieller Angriffspunkte an der Zelloberfläche IV-infizierter Zellen, die in der antiviralen Therapie von Bedeutung sein könnten.
description: Influenza Virus (IV) infections of the lower respiratory tract can induce viral pneumonia resulting in acute lung injury (ALI/ARDS) with fatal outcome. Characteristics of an IV-induced pneumonia are alveolar epithelial cell (AEC) damage and accumulation of protein-rich edema fluid in the alveolar compartment impairing gas exchange. Depending on a sodium gradient established by the basolateral Na,K-ATPase (NKA) and the apical epithelial sodium channel (ENaC) edema fluid is removed from the alveolar space under normal conditions. However, after IV-infection various ion channels are dysregulated and reduced alveolar fluid clearance (AFC) is observed. An IV-infection leads to a reduced NKA expression in the non-infected neighbouring cells and to a mistargeting of the NKA to the apical cell membrane in IV-infected cells. Co immunoprecipitation (co-IP) studies identified the viral M2 protein as NKA binding partner and mutational analysis presented three amino acids in the cytoplasmic tail of M2 directly abutting the transmembrane domain as critical for NKA binding. A recombinant IV mutant with disrupted NKA binding showed in comparison to IV WT an increased fluid transport in polarized Calu 3 cells in vitro as well as in mice in vivo. However, mutation-induced glycosylation of the M2 protein unexpectedly led to an enhanced immune response in vivo, resulting in a more severe disease course despite improved AFC. The reason for this could be an activation of the unfolded protein response by the glycosylation of M2. Nevertheless, the finding that M2 appears to be an important modulator in the regulation of alveolar fluid homeostasis might provide new potential approaches for therapeutics of an IV induced pneumonia. Moreover, it highlights the relevance of a surfactome analysis performed in the present work to identify novel potential targets on the cell surface of IV-infected cells which could play an important role in antiviral therapy.