| Autor(en): |
Kai Ludwig |
Titel: |
Die dreidimensionale Struktur des Influenzavirus-Hämagglutinin im membranfusionsaktiven Zustand |
| Gutachter: |
Andreas Herrmann; K. Arnold; Michael F. G. Schmidt |
| Erscheinungsdatum: |
23.06.2000 |
| Volltext: |
pdf
(urn:nbn:de:kobv:11-10012824)
|
| Fachgebiet(e): |
Physik |
| Schlagwörter (ger): |
Struktur, Fusion, Influenza, Hämagglutinin, Elektronenmikroskopie |
| Schlagwörter (eng): |
Fusion, Influenza, Hemagglutinin, Structure, Electron microscopy |
| Einrichtung: |
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I |
| Zitationshinweis: |
Ludwig, Kai:
Die dreidimensionale Struktur des Influenzavirus-Hämagglutinin im membranfusionsaktiven Zustand;
Dissertation,
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 23.06.2000, urn:nbn:de:kobv:11-10012824
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| Abstract (ger): |
| Zusammenfassung
Zur Freisetzung ihres Genoms in das Innere der Wirtszelle müssen Hüllviren ihre Membran
mit der Membran der Wirtszelle verschmelzen. Diese Fusion wird durch eine Konformations-
umwandlung der Ektodomäne viraler Glykoproteine ausgelöst. Die Kenntnis der drei-
dimensionalen Struktur der vollständigen Ektodomäne in der fusionsaktiven Konformation ist
Voraussetzung für das Verständnis des Fusionsmechanismus.
Die Fusion von Influenza mit entsprechenden Targetmembranen wird durch eine durch sauren
pH ausgelöste Konformationsänderung des als Trimer vorliegenden Glykoproteins
Hämagglutinin (HA) vermittelt. Bis jetzt war die dreidimensionale (Röntgenkristall-) Struktur
einer enzymatisch abgespaltenen HA-Ektodomäne nur eines Influenzastammes bei neutralem
pH-Wert bzw. von einigen Fragmenten der HA2-Untereinheit bei saurem pH-Wert bekannt.
In der vorliegenden Arbeit wurden ein geeigneter Influenzastamm sowie geeignete
Untersuchungsbedingungen ermittelt, um die 3D-Struktur des kompletten, nicht enzymatisch
vorbehandelten HA sowohl in seiner nativen (bei neutralem pH-Wert vorliegenden) als auch
in seiner fusionskompetenten (keinesfalls aber bereits inaktivierten) Struktur mittels Kryo-
Elektronenmikroskopie und Bildverarbeitung aufzuklären.
Es wurde erstmals die 3D-Struktur des kompletten HA eines anderen Influenzastammes
(A/Japan) bei neutralem pH-Wert aufgeklärt und mit der bekannten 3D-Struktur von Influenza
X-31 verglichen. Außerdem konnte eine fusionskompetente Form rekonstruiert werden, die im
Vergleich zur nativen Konformation deutliche Veränderungen in der 3D-Struktur zeigt, ohne
daß sich jedoch die Assoziation der Monomere aufhob. Die Befunde werden unter anderem in
Hinblick auf die Bedeutung der HA1-Untereinheit für die Fusion diskutiert.
Die vorgestellte Methode scheint geeignet, auch andere Membranproteine bzw.
Membranfusion-vermittelnde Proteine in verschiedenen konformeren Zuständen aufzuklären
(insbesondere jene, die der Röntgenkristallstrukturanalyse nicht zugänglich sind) und so einen
diesen Fusionsprozessen eventuell zugrundeliegenden konservierten Funktionsmechanismus
aufzuhellen. |
| Abstract (eng): |
| Abstract
Envelope viruses enter a host cell via fusion between the viral and endosomal membrane,
thereby releasing the nucleocapsid into the cytoplasm. The fusion has been accompanied with
an conformational change in the ectodomain of viral glycoproteins. To understand the
mechanism leading to fusion the three-dimensional (3D) structure of the complete viral
glycoprotein in its fusion competent conformation has to be determined.
The Fusion of influenza virus which is triggered at low pH has been associated with an
irreversible conformational change in the trimeric glycoprotein hemagglutinin (HA). The
three-dimensional (crystal) structure is already known of the enzymatic-cleaved ectodomain
of one influenza strain (X-31) at neutral pH or of some fragments of the HA2-subunit at low
pH, respectively.
In this work a suitable influenza strain as well as suitable experimental conditions for
investigations of the 3D-structure of the complete and not enzymatically treated HA at
neutral and acidic pH conditions have been determined.
An cryo-microscopy/angular reconstitution approach has been employed for the 3D-
reconstruction of the intact HA of an different influenza strain (A/Japan). This structure is in
excellent agreement with the known X-ray crystallographic structure of the bromelain-
cleaved ectodomain of HA from influenza X-31. Moreover, for the very first time the 3D
structure of the intact HA of Influenza A/Japan in its fusion competent state (at acidic pH)
has been calculated. The differences between the two structures are large compared to the
marginal differences between the neutral pH structures by EM and by X-ray crystallography,
respectively, although the monomers remain tightly connected. These findings will be
discussed especially with regard to the role of the HA1 subunit in the fusion process.
The procedure is in general applicable to pursue the 3D-structure of (fusion mediating)
proteins in various conformational states (especially of those proteins which are not directly
accessible by X-ray crystallography). This approach should offer to elucidate the (eventually
conserved) mechanism of membrane fusion. |
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