Projekte

Drittmittelprojekt: The International Human Frontier Science Program Organization (HFSP), 1.106.000 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie

Projektdetails:
Insektenzellmembranen unterscheiden sich von Säugetiermembranen durch Verformbarkeit, Lipidgehalt und Verteilung. Umhüllte Viren, die von Insekten übertragen werden, benötigen enge Wechselwirkungen mit Zellmembranen, um in Zellen einzudringen, ihre Genome in Zellen zu replizieren und aus Zellen auszutreten. Trotz grundlegender biophysikalischer Unterschiede zwischen Insekten- und Säugetiermembranen können Viren produktiv Zellen aus beiden Phyla infizieren. In jahrzehntelangen Studien über Insektenviren wurde der Mechanismus der Deformation von Insektenmembranen und seine Ausnutzung durch Viren nicht untersucht. Unser neu gebildetes Team arbeitet an der Schnittstelle zwischen Insektengenetik, Biophysik und Infektionsbiologie und hat innovative Technologien zusammengestellt, um diese Barriere zu durchbrechen. Durch das kombinierte Fachwissen der PIs werden wir: 1. Einsatz von Gen-Editing-Bibliotheken in Insektenzellen zur Identifizierung von Wirtsfaktoren, die die Wechselwirkungen zwischen Virus und Membran steuern; 2. hochauflösende Darstellung der Membrandeformation; 3. Bewertung der Auswirkungen der Membrandeformation auf die Durchlässigkeit für Viren, die von Insekten übertragen werden. Diese Studien werden einen Einblick in die Mechanismen geben, die die Membranform von Insekten steuern, und unser Verständnis der Virusanpassung bei grundlegend verschiedenen Arten revolutionieren.

Kooperationspartner:

Dr. Nicholas Ariotti, Institute for Molecular Bioscience, Australia

Dr. Norbert Perrimon, Harvard Medical School, USA

Drittmittelprojekt: Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG), 110.700 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie

Projektdetails:
Tetraspanine sind evolutionär konservierte integrale Membranproteine mit einer Länge von 200-350 Aminosäuren. Durch ihre große extrazelluläre Schleife vermitteln sie Protein-Protein- und Protein-Lipid-Wechselwirkungen in Zellmembranen und formen dadurch Membranmikrodomänen, die als "Tetraspanin-Netze" bezeichnet werden. Bei Menschen und Mäusen sind 33 Tetraspanine beschrieben, und Moskitoarten exprimieren mindestens 15 Tetraspanin-Orthologe. In Säugetierzellen sind Tetraspanine Wirts-Cofaktoren für verschiedene Viren, darunter Papillomviren, Influenzaviren, Hepatitis-C-Viren, HIV-1 und Coronaviren (Gerold et al., 2015; Bruening et al. 2018; Banse et al., 2018; Alberione et al. 2020; Palor et al., 2020). Für das Hepatitis-C-Virus haben Kollegen und wir gezeigt, dass das Tetraspanin CD81 ein Faktor ist, der den Wirtsbereich bestimmt (Vogt et al. 2013; Scull et al., 2015; von Schaewen et al., 2016).
Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, detailliert zu charakterisieren, welche der 33 humanen Tetraspanine neben CD81 Wirtsfaktoren für Alphaviren sind und ob Tetraspanine von Reservoir-Spezies, Dead-End-Wirtsspezies und übertragenden Moskito-Vektoren als Wirtsfaktoren von Alphaviren dienen. Dadurch wird die Arbeit zum Verständnis der molekularen Zusammensetzung und Funktion der Replikationskomplexe von Alphaviren beitragen und die Rolle der Tetraspanine für das Artenspektrum, die Übertragung und folglich das Auftreten von Alphaviren bestimmen.

Drittmittelprojekt: BMBF, 198.361 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie

Projektdetails:
Noroviren sind die häufigste virale Ursache der akuten Gastroenteritis. Mindestens 40 Noroviren sind
beschrieben worden, und es tauchen regelmäßig neue Varianten auf. Die Entwicklung, Entstehung und
Verbreitung von Noroviren sind nicht vollständig geklärt, insbesondere die Rolle eines potenziellen
Tierreservoirs ist unzureichend untersucht. Mehrere Hinweise deuten auf eine Norovirusübertragung
zwischen Menschen und Tieren hin. Allerdings gibt es bisher kein in-vitro-System zur Untersuchung der
Übertragung zwischen verschiedenen Spezies.
Im Rahmen dieses Projektes wollen wir ein ex-vivo-System auf der Grundlage von Darmbiopsien
verschiedener Tierarten entwickelt, um die Norovirusübertragung zwischen verschiedenen Spezies
experimentell zu untersuchen. Wir werden Biopsien von Hunden, Schweinen und Hühnern verwenden, da
diese in großer Zahl vorkommen und in engem Kontakt mit Menschen stehen. Das Risiko einer
Übertragung ist daher erhöht. Präzisionsgeschnittene Darmabschnitte werden etabliert und verwendet, um
die Bindung, das Eindringen/Internieren und die Replikation des Norovirus in den jeweiligen Wirtsgeweben
zu untersuchen. Außerdem wird die Rolle der bekannten Anfälligkeitsfaktoren, der HistoBlutgruppenantigene, untersucht werden. Sobald dieses Explantatsystem etabliert ist, wird es die
Untersuchung der Norovirusrezeptoren, der Anheftungsfaktoren und anderer Wirtsfaktoren beim Menschen
und bei nichtmenschlichen Tierarten ermöglichen. Das System wird auch für die Untersuchung anderer
Darmviren mit zoonotischem Potenzial nützlich sein, einschließlich Coronaviren, Influenzaviren und hundeund schweinespezifischen Noroviren.

Drittmittelprojekt: BMBF, 122.004 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie
Institut für Parasitologie Zentrum für Infektionsmedizin

Projektdetails:
Jedes Jahr sterben etwa 750.000 Menschen an Stechmücken-übertragenen Krankheiten, darunter Malaria, Denguefieber, Rifttalfieber und Chikungunya Fieber. Die Häufigkeit dieser Krankheiten wird in den nächsten Jahrzehnten voraussichtlich erheblich zunehmen, da sich die Verbreitungsgebiete mehrerer Stechmückenarten aufgrund des Klimawandels vergrößern.
Stechmücken übertragen nicht nur Krankheiten, sondern können ebenfalls den Schweregrad der von ihnen übertragenen Krankheiten beeinflussen. Es konnte in experimentellen Infektionen von Tieren
gezeigt werden, dass die Übertragung von Arboviren durch
Mückenstiche im Vergleich zu einer artifiziellen Infektion zu einer Erhöhung des Schweregrads der Krankheit führen kann. Außerdem ist bekannt das der Speichel von Insekten und Zecken
das Fortschreiten von Vektor-übertragenen Krankheiten fördern kann. Die Haut ist das erste Organ das einer Arbovirus Infektion ausgesetzt ist, somit bestimmen die initialen Infektionsereignisse auch maßgeblich den Krankheitsverlauf. Es ist daher für viele Fragestellen unabdingbar eine natürliche Infektion der Haut über einen Stechmückenstich zu untersuchen.
Bislang konnte dies nur über in-vivo Experimente (Tierversuche) erzielt werden. In diesem Projekt soll eine Alternative erarbeitet werden, indem Tiermodelle aus ethischen und
physiologischen Beweggründen durch menschliche Hautexplantate ersetzt werden. Die Herausforderung dieser Studie wird es sein ein Assay zu etablieren, in welchem Stechmücken
die Hautexplantate als potenzielle Wirte wahrnehmen. Ziel ist ein erfolgreicher Stechvorgang der Hautexplantate durch Stechmücken. Exemplarisch sollen in einem zweiten Schritt mit
Rifttalfieber-Virus (RVFV) und/oder Chikungunya-Virus (CHIKV)-infizierte Stechmücken die Hautexplantate über einen Stich infiziert werden. Im Erfolgsfall werden die Projektergebnisse
erlauben für zukünftige Forschungsfragen aus verschiedenen Modellen auswählen zu können.

Drittmittelprojekt: Europa-Programm des Niedersächsischen Ministeriums für Wissenschaft und Kultur aus Mitteln von SPRUNG, 79.770 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie

Projektdetails:
Der Fokus liegt auf der Untersuchung der Evolution der Viren in den beiden Wirten Arthropode (Stechmücke, Zecke) und Säugetier und der Auswirkung auf die Nutzung von Wirtsrezeptoren.

Kooperationspartner:

Prof. Dr. Félix Rey, Institut Pasteur, Paris, Frankreich

Drittmittelprojekt: Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG), 398.333 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie

Projektdetails:
Neu und wieder aufkommende Viren stellen ein ernstzunehmendes Gesundheitsproblem dar. Insbesondere Moskito-übertragbare
Infektionskrankheiten nehmen zu, da bestimmte Moskitosarten in
neue geographische Regionen vordringen. Alphaviren, wie das
Chikungunya Virus (CHIKV) und das Venezuelanische
Pferdeenzephalitis Virus (VEEV) gehören zur Gruppe der Moskito-
übertragbaren Viren. CHIKV verursacht langanhaltende Arthritis
Symptome, während VEEV Hirnhautentzündungen auslöst. Warum
die beiden eng verwandten Viren Krankheitssymptome in
verschiedenen Geweben, d.h. in Gelenken versus dem zentralen
Nervensystem, auslösen, ist größtenteils unbekannt. Diese
Wissenslücke spiegelt sich in einer unzureichenden Erkenntnis über
Wirtsfaktoren von CHIKV und VEEV wieder. Im vorgelegten
Forschungsprojekt bauen wir auf unseren Erkenntnissen auf, dass
der Phosphatidylserin (PS) Rezeptor TIM-1 (?T cell immunoglobulin
mucin receptor 1?) und ein Tetraspanin Wirtsfaktoren von CHIKV sind.
Wir stellen die Hypothesen auf dass, (a) auch VEEV PS Rezeptoren
und Tetraspanine als Wirtsfaktoren nutzt, (b) TIM-1 und das
Tetraspanin mit weiteren Protein interagieren, die die Infektion
begünstigen und (c) dass ein Teil dieser Proteine zum
Gewebetropismus von CHIKV und VEEV beitragen. Um unsere
Hypopthese zu testen werden wir zunächst neuste quantitative
Proteomiktechniken anwenden, um Eintrittsfaktoren und Rezeptoren
von CHIKV und VEEV zu identifizieren. Anschließend werden wir die
Rolle von PS Rezeptoren und den 33 humanen Tetraspaninen bei der
VEEV Infektion mittels RNA Interferenz testen. TIM-1 und Tetraspanin
assozierte Proteine werden mittels Proximitätsmarkierung,
hochaufgelöster Affinitätsanreicherung und Massenspektrometrie
bestimmt. Schlussendlich werden wir den Beitrag der identifizierten Wirtsfaktoren zum Gewebetropismus von CHIKV und VEEV mittels
Proteomanalyse, Einzelzellsequenzierung und virologischen
Methoden untersuchen. Insbesondere sollen Hautorganoide infiziert
werden und die virale Zielzellen in der Haut sowie die
Wirtsfaktorexpression bestimmt werden. Zusätzlich werden wir
Expressionsdaten aus Datenbanken und
Gesamtzellproteommessungen von Fibroblasten und neuronalen
Zellen in den Datensatz integrieren. Mittels neuster bioinformatischer
Analysen (feature selection), werden dann Wirtsfaktoren bestimmt,
die mit hoher Wahrscheinlichkeit zum Gewebetropismus und den
unterschiedlichen Krankheitsbildern beitragen. Diese Wirtsfaktoren
werden systematisch in relevanten humanen Zellen und
schlussendlich in Mäusen ausgeschaltet, um ihren Beitrag zum
Krankheitsbild in vitro und in vivo aufzuklären. Zusammengefasst, hat
dieses Forschungsprogramm zum Ziel, mechanistische Einblicke in
den Infektionsprozess zweier wichtiger Humanpathogene zu geben.
Die Ergebnisse werden zu einem besseren Verständnis der durch
CHIKV und VEEV ausgelösten Symptomatik führen und können
Ansatzpunkte für Therapien zur Linderung oder Heilung von
Chikungunyafieber und Venezuelanischer Enzephalitis liefern.

Drittmittelprojekt: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD), 48.000 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie

Projektdetails:
Alphaviren (Familie Togaviridae) sind neu und wieder aufkommende kleine umhüllte RNA-Viren, die von tierischen Reservoiren durch Stechmücken auf den Menschen übertragen werden und lähmende Gelenkschmerzen oder Enzephalitis verursachen können. Abhängig von der Reservoirart und dem übertragenden Mückenvektor sind sie in verschiedenen geografischen Regionen zu finden. Während das Chikungunya-Virus (CHIKV) und das O'nyong'nyong-Virus (ONNV) historisch auf tropische und subtropische Klimazonen beschränkt waren, sind das Sindbis-Virus (SINV) und das Ross-River-Virus (RRV) vor allem in Skandinavien bzw. Australien zu finden. Die Anpassung des CHIKV an neue Mückenvektoren und die globale Erwärmung haben zum Auftreten des Virus in Europa geführt und es zu einem potenziellen Problem für die öffentliche Gesundheit in Deutschland und den angrenzenden Ländern gemacht. Eine Einschleppung des Venezuelanischen
Pferdeenzephalitis Virus (VEEV), das in Amerika zirkuliert und neurologische Symptome bei Equiden und Menschen verursacht, ist in Zukunft ebenfalls möglich. Bislang sind keine Humanimpfstoffe oder antiviralen Medikamente gegen arthritogene und neurotrope Alphaviren auf dem Markt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die molekularen Mechanismen des Infektionsprozesses und die kritischen Wirtsfaktoren, die bei der Infektion mit Alphaviren und der artenübergreifenden Übertragung eine Rolle spielen, nicht bekannt sind. Kürzlich fand unser Team heraus, dass der Phosphatidylserin-Rezeptor T-Zell-Immunglobulin und Mucin-Domäne 1 (TIM-1) ein CHIKV-Anheftungsfaktor ist. Eine weitere prominente Gruppe von Phosphatidylserin-Rezeptoren ist die Tyro3-, AXL- und MerTK (TAM)-Rezeptor-Tyrosinkinase (RTK)-Familie, die die drei Proteine Tyro3, AXL und MerTK umfasst. Die physiologische Funktion der TIM- und TAM-Rezeptoren besteht in der Bindung und Internalisierung von apoptotischen Körper, die Phosphatidylserin auf dem äußeren Membranblatt freilegen. Wir konnten zeigen, dass TIM-1, nicht aber AXL, als Wirtsfaktor für CHIKV dient. Darüber hinaus ist die Phosphatidylserin-Bindungsdomäne von TIM-1, die sogenannte Metallionen-Liganden-Bindungsstelle (MILIBS), entscheidend für die Wirtsfaktor-Funktion von TIM-1 im Zusammenhang mit einer CHIKV-Infektion. TIM-1 beeinflusst sowohl die Bindung als auch die Internalisierung von CHIKV-Partikeln an menschliche Zellen. Schließlich verstärkt TIM-1 auch die CHIKV-Infektion in Keratinozyten, die zu den ersten Zielzellen des Virus nach einem Mückenstich gehören. Wir stellen daher die Hypothese auf, dass Alphaviren, einschließlich CHIKV, Phosphatidylserin-Rezeptoren für die Zellanlagerung und den Eintritt in Reservoir-Spezies wie nicht-menschliche Primaten und in übertragende Moskito-Vektoren nutzen. Darüber hinaus soll geklärt werden, ob das in Insektenzellen produzierte Virus ebenfalls Phosphatidylserin freisetzt und dies bei der Infektion menschlicher Zellen, d. h. bei der artenübergreifenden Übertragung, hilfreich ist. Und schließlich wollen wir aufklären, wie Phosphatidylserin auf der Virushülle exponiert wird.
Dadurch wird die Arbeit zum Verständnis der molekularen Zusammensetzung von Alphavirus-Partikeln, der Funktion von Alphavirus-Anheftungsfaktoren und der Rolle der apoptotischen Mimikry bei der speziesübergreifenden Übertragung und folglich der Entstehung von Alphaviren beitragen.

Drittmittelprojekt: DFG, 110.700 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie

Projektdetails:
Tetraspanine sind evolutionär konservierte integrale Membranproteine mit einer Länge von 200-350 Aminosäuren. Durch ihre große extrazelluläre Schleife vermitteln sie Protein-Protein- und Protein-Lipid-Wechselwirkungen in Zellmembranen und formen dadurch Membranmikrodomänen, die als "Tetraspanin-Netze" bezeichnet werden. Bei Menschen und Mäusen sind 33 Tetraspanine beschrieben, und Moskitoarten exprimieren mindestens 15 Tetraspanin-Orthologe. In Säugetierzellen sind Tetraspanine Wirts-Cofaktoren für verschiedene Viren, darunter Papillomviren, Influenzaviren, Hepatitis-C-Viren, HIV-1 und Coronaviren (Gerold et al., 2015; Bruening et al. 2018; Banse et al., 2018; Alberione et al. 2020; Palor et al., 2020). Für das Hepatitis-C-Virus haben Kollegen und wir gezeigt, dass das Tetraspanin CD81 ein Faktor ist, der den Wirtsbereich bestimmt (Vogt et al. 2013; Scull et al., 2015; von Schaewen et al., 2016).
Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, detailliert zu charakterisieren, welche der 33 humanen Tetraspanine neben CD81 Wirtsfaktoren für Alphaviren sind und ob Tetraspanine von Reservoir-Spezies, Dead-End-Wirtsspezies und übertragenden Moskito-Vektoren als Wirtsfaktoren von Alphaviren dienen. Dadurch wird die Arbeit zum Verständnis der molekularen Zusammensetzung und Funktion der Replikationskomplexe von Alphaviren beitragen und die Rolle der Tetraspanine für das Artenspektrum, die Übertragung und folglich das Auftreten von Alphaviren bestimmen.

Drittmittelprojekt: A128512 MWK Niedersachsen, Volkswagen Stiftung, 1.190.125 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie

Projektdetails:
In dieser Studie werden wir mehr als 108 Datenpunkte (Proteomik, Genomik, klinische und Umweltdaten) aus retrospektiven und prospektiven Patientenkohorten sammeln und analysieren. Zum ersten Mal wird diese Studie die jüngste Entdeckung der engen Assoziation des humanen Norovirus mit Wirtszellmembranen und Proteinen berücksichtigen und mit klinischen Daten, Umweltdaten und Daten zur ökologischen Nische (Mikrobiota) verknüpfen. Das translationale Potenzial von PRESENt reicht von prognostischen und präventiven bis hin zu therapeutischen Strategien für stratifizierte Patientengruppen. Erstens wollen wir prognostische Biomarker für schwere und chronische Gastroenteritis definieren, um Patientengruppen zu stratifizieren. Zweitens werden wir untersuchen, wie effizient Desinfektionsmittel das von Patienten stammende membranumhüllte Norovirus inaktivieren können. Drittens können die Mikrobiom-Signaturen Aufschluss über die Möglichkeiten von Mikrobiota-Therapien zur Linderung des Krankheitsverlaufs bei kritischen Patientengruppen geben. Schließlich wird die informatische Meta-Analyse der retrospektiven und prospektiven Studie neben prognostischen Biomarkern und Mikrobiom-Signaturen auch umweltbedingte und individuelle Faktoren aufdecken, die mit schwerer Gastroenteritis assoziiert sind. Diese Arbeit wird somit in Zukunft den Weg zu einer besseren Prävention (Biomarker, Umweltfaktoren (Biomarker, Umweltfaktoren, individualisierter Einsatz von Desinfektionsmitteln) und der Behandlung (gezielte/modifizierende Beeinflussung des Mikrobioms oder der Wirtsfaktoren) von schwerer und chronischer viraler Gastroenteritis ebnen.

Resultate:

https://www.translationsallianz.de/train-platforms/train-projects/present/?L=1

Kooperationspartner:

Prof. Dr. Wolfgang Neijdl, Leibnitz University

Prof. Dr. Michael Marschollek, Hannover Medical School

Dr. Benjamin Heidrich, Hannover Medical School

Dr. Till Strowig, Helmholtz Centre for Infection Research

Prof. Dr. Lothar Jänsch, Helmholtz Centre for Infection Research

Prof. Dr. Thomas F. Schulz, Medizinische Hochschule Hannover

Prof. Dr. Lennart Svensson, Linköping Universität, Schweden

Drittmittelprojekt: SprinD, 684.523 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie
Research Center for Emerging Infections and Zoonoses

Projektdetails:
Derzeitige antivirale Wirkstoffe zielen hauptsächlich auf Stadien des viralen Lebenszyklus ab, wie die Anheftung des Virus an die Wirtszelle oder die Replikation der viralen RNA und DNA. Die meisten der verfügbaren antiviralen Mittel sind nur gegen sich replizierende Viren wirksam, und aufgrund der mangelnden Spezifität haben viele von ihnen unerwünschte Nebenwirkungen. Insbesondere bei endemischen und pandemischen Krankheitsausbrüchen besteht eine zusätzliche Herausforderung in der Virusmutagenese und der Entwicklung von Virusvarianten. Daher sind Ansätze, die auf verschiedene Virusvarianten abzielen, dringend erforderlich. Die derzeitigen Paradigmen in der antiviralen Behandlung beinhalten die Verwendung von kleinen Molekülen und/oder therapeutischen Antikörpern. Kleine Moleküle haben oft sekundäre Ziele und können daher Nebenwirkungen verursachen. Antikörper sind teuer, ihre Verabreichung ist meist auf den klinischen Bereich beschränkt, und auch sie sind von Mutationen betroffen. In einer endemischen oder pandemischen Situation sind Therapien besonders wertvoll, die eine breite Abdeckung innerhalb der Virusfamilien bieten, die Übertragung verhindern und während leichter und mittelschwerer Erkrankungen sicher angewendet werden können.

Unser neuartiger Ansatz zielt darauf ab, diesen Bedarf durch den Einsatz von CRISPR/Cas13 zu decken, einem Enzym aus Bakterien, das RNA, einschließlich des viralen Genoms (von RNA-Viren) und der viralen mRNA, schneidet und dadurch die virale Replikation und die Bildung viraler Proteine blockiert. Unsere therapeutische Strategie hat keine sekundären Ziele und kann kostengünstig auf GMP-Niveau hergestellt werden. Durch eine spezifische Kombination von so genannten crRNAs wird Cas13 auf verschiedene virale mRNAs und auf verschiedene Stellen im viralen Genom gelenkt. Die crRNAs werden so ausgewählt, dass keine menschliche RNA angegriffen wird und daher keine unerwünschten Nebenwirkungen zu erwarten sind. Diese Technologie kann leicht für jedes einzelsträngige RNA-Virus angepasst werden. Durch die Ausrichtung auf unterschiedliche und hochkonservierte Regionen bekämpft dieser Ansatz auch neu entstehende Varianten des ursprünglichen Virus.

Kooperationspartner:

Prof. Dr. Elisabeth Zeisberg, Universitätsmedizin Göttingen