title: Mutationen im Polymerasekomplex aviärer Influenzaviren des Subtyps H9N2 fördern die Adaption an Säuger
title: Polymerase mutations promoting adaptation of avian influenza virus of subtype H9N2 to mammals
Creators: name: Sediri, Hanna
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Mutationen
Anpassung
Influenza-A-Virus, polymerase complex
mutations
Viren
Grippe
adaptation
Influenza-A-Viren, Polymerasekomplex
Adaptation
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
Mutation , Säugetiere

description: Transmission of influenza viruses
      from aquatic birds to mammals is promoted by the adaptation
      of the viral proteins to the new host. This includes the PB2
      subunit of the viral polymerase complex. This protein has
      been described as an important host range factor, able to
      modulate the virulence of influenza viruses. Several adaptive
      mutations in the PB2 subunit of various influenza-A subtypes
      have been described, such as D253N, Q591K, E627K, D701N,
      S714I and S714R. H9N2 influenza viruses are endemic in
      poultry in Asia and other parts of the world. Moreover these
      viruses have been occasionally transmitted to humans and are
      often involved in the generation of viruses causing zoonotic
      infections in humans by providing internal genes. H9N2
      viruses have therefore the potential to cause a pandemic.
      This study was undertaken to analyse the role of the PB2
      subunit in the adaptation of avian influenza virus of subtype
      H9N2 to mammals. In the first part of the thesis, the results
      demonstrated that PB2 mutations D253N, E627K, D701N, S714I
      and S714R increase the H9N2 polymerase activity in mammalian
      cells. Furthermore, mutations E627K, D701N and S714I/R also
      enhance viral growth in mammalian cells. Pathogenicity
      studies indicated that combination of mutations
      E627K-D701N-S714R increase the lethality of H9N2 virus in
      mice. The effects of the adaptive mutations have then been
      compared in H9N2, H1N1pdm09 and H7N7 viruses. The results
      have shown that the enhancement of the polymerase activity by
      the adaptive mutations is higher in the phylogenetically
      related H9N2 and H7N9 than in the non-related H7N7 and
      H1N1pdm09 viruses. In addition, analysis of heterologous
      polymerase complexes composed of H9N2, H1N1pdm09, H7N7, and
      H7N9 subunits provides further evidence for the concept that
      this enhancing effect is a specific trait of H9N2-PB2 without
      significant contribution of PA and PB1. From these
      observations, it can be concluded that the PB2 subunit of the
      H9N2 viruses is characterised by a particularly high
      adaptability to mammalian cells. In the second part of the
      thesis, the mechanisms by which E627K and D701N promote
      adaptation to a mammalian host were analysed. The results
      demonstrated that viruses bearing the avian signature 627E in
      PB2 are sensitive to RIG-I activation. This sensitivity is
      mediated by the destabilisation of the nucleocapsid by RIG-I,
      exposing thereby the double-stranded RNA required for RIG-I
      activation. In contrast viruses containing mutation E627K
      interfere with RIG-I activation, by stabilizing the
      association of the polymerase complex to the nucleocapsid.
      These observations indicate that PB2 mutation E627K modulates
      the inhibition of virus replication mediated by RIG-I.
      Furthermore, the data showed that mutation D701N promotes not
      only the nuclear import of newly synthesized PB2 protein, but
      also the nuclear import of PB2 bound to the incoming
      vRNPs.
description: Influenza-A-Viren kommen in großer
      Vielzahl bei Vögeln vor. Wenn Viren aus diesem Reservoir auf
      den Menschen übertragen werden und sich an den neuen Wirt
      anpassen, kann es zu einer Pandemie kommen. Unter den aviären
      Viren verdienen hierbei Viren vom Subtyp H9N2 besondere
      Aufmerksamkeit. Diese Viren zeichnen sich durch weltweite
      Verbreitung, außergewöhnliche genetische Flexibilität, die
      Fähigkeit zu menschlicher Infektion und somit durch ein
      erhebliches pandemisches Potential aus. Bei ihrer Vermehrung
      gehen die Viren vielfältige Wechselwirkungen mit dem Wirt
      ein. Der Wirtswechsel vom Vogel auf den Menschen beruht
      deswegen wesentlich auf der Adaption der Virusproteine an
      menschliche Gewebe und Zellen. Eine wichtige Rolle spielt
      dabei das zum viralen Polymerasekomplex gehörende
      PB2-Protein. In der vorliegenden Arbeit wurde die
      funktionelle Bedeutung von 6 adaptiven Mutationen im
      PB2-Protein von H9N2 Viren untersucht. Im ersten Teil dieser
      Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Mutationen D253N,
      E627K, D701N, S714I und S714R in der PB2-Untereinheit die
      Polymeraseaktivität von H9N2-Viren in Säugerzellen erhöhen.
      Darüber hinaus führten die Mutationen E627K, D701N und
      S714I/R zu einem erhöhten Viruswachstum in Säugerzellen.
      Pathogenitätsstudien zeigten, dass die Kombination der
      Mutationen E627K-D701N-S714R die Letalität von H9N2-Viren in
      Mäusen erhöht. Um die Relevanz der adaptiven Mutationen, die
      im H9N2 Hintergrund beobachtet wurden, zu validieren, wurde
      der Einfluss dieser Mutationen in H9N2-, H7N9-, H1N1pdm09-
      und H7N7-Viren verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die
      adaptiven Mutationen die Polymeraseaktivität in den
      phylogenetisch verwandten H9N2- und H7N9-Viren deutlich
      stärker erhöhten als in den nicht verwandten H7N7- und
      H1N1pdm09-Viren. Die Analyse von heterologen
      Polymerasekomplexen aus H9N2, H1N1pdm09, H7N7 und H7N9
      Untereinheiten zeigte, dass die starke Aktivitätssteigerung
      der H9N2-Polymerase nur von den adaptiven PB2-Mutationen,
      jedoch nicht von PB1 und PA abhängt. Aus dieser Beobachtung
      kann geschlossen werden, dass sich die Polymerase der
      H9N2-Viren durch eine besonders hohe Anpassungsfähigkeit an
      Säugerzellen auszeichnet Im zweiten Teil der Arbeit wurden
      die Mechanismen untersucht, aufgrund derer die E627K und
      D701N Mutationen die Adaptation an Säuger fördern. Es konnte
      gezeigt werden, dass die Nukleokapside aviärer Viren mit der
      PB2-Signatur 627E nach der Infektion einer Säugerzelle im
      Zytoplasma durch die Binding von RIG-I destabilisiert werden,
      so dass es zur Exposition der ds-RNA Domänen der viralen RNA
      kommt. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass die
      freiliegende ds-RNA nun in der Lage ist, die zytoplasmatische
      RNA-Helikase RIG-I zu binden und damit deren antivirale
      Eigenschaften zu aktivieren. Die Stabilität der Nukleokapside
      bleibt dagegen erhalten, wenn PB2 die Signatur 627K trägt, so
      dass die RIG-I-abhängige Hemmung der Virusvermehrung nun
      ausbleibt. Somit konnte nachgewiesen werden, dass die
      adaptive Mutation E627K die Hemmung der Virusvermehrung durch
      den Pathogensensor RIG-I moduliert. Darüber hinaus zeigten
      die Daten, dass die PB2-Mutation D701N nicht nur den
      nukleären Import von neu synthetisierten PB2-Proteinen
      steigert, sondern auch den Kernimport von Nukleokapsiden
      infizierender Viren.