title: Die Oligomerisierung des Nukleoproteins und ihre Bedeutung für den Replikationszyklus der Arenaviren
title: The role of nucleoprotein oligomerization for the replication of arenaviruses
Creators: name: Lennartz, Frank
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: Viren
Biowissenschaften, Biologie
Oligomerisation , Replikation
Lassa virus, Nucleoprotein
Matrixprotein
Interferon
Lassavirus, Nukleoprotein
Matrix Protein
Arenaviren

description: The arenavirus nucleoprotein (NP)
      plays a central role during viral replication. It
      encapsidates the bi-segmented viral RNA-genome and is
      involved in regulating the viral transcription and
      replication. Furthermore, it interacts with the viral matrix
      protein and is responsible for the inhibition of type I
      interferon response during viral infection. Despite its
      importance for the replication of arenaviruses, no studies
      were available concerning either the homo-oligomerization of
      the nucleoprotein and its influence on the different
      functions of the nucleoprotein or the identification of
      functional domains within the nucleoprotein. In the present
      study, it could be shown that the arenavirus nucleoprotein
      forms stable, ring-like trimers in the absence of viral RNA.
      The formation of these trimers is independent of
      post-translational modifications and conserved within the
      family arenaviridae. Amino acids in the N- and C-terminal
      domains have been identified to be critical for nucleoprotein
      trimerization. In addition, homo-oligomerization of the
      nucleoprotein is required for its function during replication
      and transcription of the viral genome. In contrast, NP
      self-interaction does not play any role for its interaction
      with the viral matrixprotein or inhibition of the type I
      interferon response. Besides this, the nucleoprotein is
      proteolytically truncated by cellular proteases. The finding
      that large fragments resulting from this cleavage are no
      longer able to oligomerize suggests that they might function
      as inhibitors of the type I interferon response during viral
      replication, while uncleaved nucleoprotein is used for
      replication, transcription and encapsidation of the viral
      genome. The nucleoprotein facilitates incorporation of the
      viral genome into budding virions through its binding to the
      viral matrix protein. In the present study, the C-terminal
      domain of the nucleoprotein were identified to be crucial for
      this interaction. Based on these observations, a model for
      the association between NP and the matrix protein at viral
      membranes is proposed. The analysis of nucleoproteins and
      matrix proteins from different arenaviruses showed that
      heterotypic interactions are only possible when both proteins
      originate from closely related arenaviruses. Thus, the
      interaction between the nucleoprotein and the matrix protein
      has been identified as a factor limiting the formation of
      reassortants between different arenaviruses. In summary, the
      present work shows the relationship between
      homo-oligomerization and the four known biological functions
      of the arenavirus nucleoprotein. Furthermore, functional
      domains responsible for homotypic nucleoprotein-nucleoprotein
      interactions and the interaction between the nucleoprotein
      and the matrix protein were identified.
description: Das Nukleoprotein der Arenaviren
      erfüllt zentrale Aufgaben im viralen Replikationszyklus. Dazu
      gehört die Enkapsidierung des viralen Genoms und die
      Regulation von Transkription und Replikation sowie die
      Interaktion mit dem Matrixprotein und die Inhibition der Typ
      I Interferon-Antwort. Über die Homo-Oligomerisierung des
      Nukleoproteins, ihre Bedeutung für diese vier Aufgaben sowie
      die hierfür notwendigen Domänen innerhalb des Nukleoproteins
      war bisher nichts bekannt. In der vorliegenden Arbeit wurde
      gezeigt, dass sich das Nukleoprotein in Abwesenheit viraler
      RNA zu symmetrischen, ringförmigen Trimeren zusammenlagert.
      Die Bildung dieser Trimere ist unabhängig von
      posttranslationalen Modifikationen und ist innerhalb der
      Arenaviren konserviert. Mutationsanalysen ergaben, dass
      Bereiche innerhalb der N- und der C-terminalen Domäne
      kritisch für die Trimerisierung des Nukleoproteins sind.
      Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Oligomerisierung des
      Nukleoproteins eine Grundvorraussetzung für seine Funktion
      bei der Replikation und Transkription des viralen Genoms ist.
      Im Gegensatz dazu spielt sie bei der Interaktion des
      Nukleoproteins mit dem Matrixprotein und für die Fähigkeit
      des Nukleoproteins zur Inhibition der Typ I
      Interferon-Antwort keine Rolle. Vermutlich wird das
      Nukleoprotein der Arenaviren durch Wirtszell-spezifische
      Proteasen verkürzt. Die dabei entstehenden, großen
      Spaltfragmente liegen als Monomere vor und könnten in der
      infizierten Zelle die Funktion als Interferon-Antagonist
      übernehmen, während ungespaltenes Nukleoprotein für die
      Replikation, Transkription und Enkapsidierung des viralen
      Genoms verwendet wird. Das Nukleoprotein sorgt durch seine
      Interaktion mit dem Matrixprotein für den Einbau des viralen
      Genoms in neu entstehende Virionen. In dieser Arbeit wurden
      die dafür verantwortlichen Aminosäurebereiche auf kurze
      Bereiche innerhalb der C-terminalen Proteindomäne des
      Nukleoproteins eingegrenzt. Anhand dieser Untersuchungen
      wurde ein Modell für die Interaktion zwischen dem
      Nukleoprotein und dem Matrixprotein an der Virusmembran
      aufgestellt. Vergleichende Studien zwischen den
      Nukleoproteinen und Matrixproteinen verschiedener Arenaviren
      ergaben zudem, dass heterotypische Interaktionen nur zwischen
      dem Nukleoprotein und dem Matrixprotein nahe verwandeter
      Arenaviren möglich sind. Die Interaktion zwischen dem
      Nukleoprotein und dem Matrixprotein wurde somit als Faktor
      identifiziert, der die die Bildung von
      Arenavirus-Reassortanten stark einschränkt. Insgesamt konnte
      in dieser Arbeit der Zusammenhang zwischen der
      Homo-Oligomerisierung und den biologischen Funktionen des
      Nukleoproteins aufgezeigt werden. Darüber hinaus wurden
      funktionelle Domänen für die NP-NP-Interaktion und die
      Interaktion zwischen dem Nukleoprotein und dem Matrixprotein
      innerhalb des Nukleoproteins identifiziert.