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Authors: Knappe, Maren
Title: Untersuchung der Bindung des humanen Papillomvirus HPV16 an Heparansulfate der Zelloberfläche
Online publication date: 19-Nov-2007
Language: german
Abstract: In 99,7% aller Zervixkarzinome kann die DNA humaner Papillomviren (HPV) nachgewiesen werden, die somit den Hauptauslöser für eine der häufigsten Krebserkrankungen bei Frauen weltweit darstellen. HPV16 ist verantwortlich für etwa 50% aller Zervixkarzinome. Für die Infektion von Zellen mit HPV16 ist die Interaktion mit Heparansulfatproteoglykanen der Zelloberfläche essentiell. Um Aminosäuren auf der Oberfläche des majoren Kapsidproteins L1 von HPV16 zu identifizieren, die zu dieser Interaktion beitragen, wurden im Rahmen dieser Arbeit zahlreiche Punktmutanten hergestellt und analysiert. Der Austausch der drei Lysine K278, K356 und K361 zu Alaninen führte zu signifikant verminderter Zell-, Heparin- und Heparansulfatbindung, die noch weiter reduziert wurde, wenn zwei oder drei der Lysine gleichzeitig mutiert waren. Auch die Infektiosität der mutanten Pseudovirionen war stark beeinträchtigt, die Trippelmutante zeigte nur noch 5% Infektiosität. Diese Ergebnisse demonstrieren, dass die drei Lysine gemeinsam die Bindestelle für Heparansulfate bilden. Ihr Austausch zu Argininen beeinflusste die Infektiosität der Partikel hingegen nicht, was bestätigt, dass die Interaktion mit Heparansulfaten von der positiven Ladungsdichte abhängt und nicht sequenzspezifisch ist. Die drei Lysine befinden sich auf der Spitze des HPV16-Kapsomers in einer flachen Tasche, die aufgrund ihrer Struktur bereits früher als potentielle Rezeptorbindestelle vorgeschlagen wurde. Fab-Fragmente des bindungsneutralisierenden Antikörpers H16.56E, dessen Epitop in direkter Nachbarschaft der Lysine liegt, inhibierten die heparansulfatvermittelte Zellbindung viraler Partikel. Auch Epitope anderer bindungsneutralisierender Antikörper befinden sich in der Nähe. Dies untermauert die Hypothese, dass die Lysine K278, K356 und K361 die Heparansulfatbindestelle von HPV16 bilden. Der Austausch von Threoninen, die genau zwischen den Lysinen liegen, hatte keine Auswirkung auf Bindung der Partikel und Infektiosität. Sie könnten jedoch durch die Bildung von Wasserstoffbrücken die Bindung an Heparansulfat stabilisieren. Die Bedeutung der Lysine K278, K356 und K361 bei der primären Interaktion von HPV16 mit Heparansulfaten konnte durch die Computersimulation der Interaktion der Virusoberfläche mit einem Heparinmolekül bestätigt werden. Des Weiteren konnten Anforderungen ermittelt werden, die eine solche Interaktion an das Heparinmolekül stellt. Weiterhin zeigten die Ergebnisse dieser Arbeit, dass basische Aminosäuren in der interkapsomeren Grube nicht an der primären Zellbindung an Heparansulfate beteiligt zu sein scheinen, aber eine Rolle bei sekundären Interaktionen mit der Zelloberfläche spielen könnten.
Efficient infection of cells by human papillomaviruses (HPV) and pseudovirions requires primary interaction with cell surface proteoglycans, with apparent preference for species carrying heparan sulfate (HS) side chains. To identify residues contributing to virus/cell interaction, I performed point mutational analysis of the HPV16 major capsid protein, L1, targeting surface-exposed amino acid residues. Replacement of lysine residues 278, 356, or 361 for alanine reduced cell binding and infectivity of pseudovirions. Various combinations of these amino acid exchanges further decreased cell attachment and infectivity, with residual infectivity of less than 5% for the triple mutant, suggesting these lysine residues cooperate in HS binding. Single, double, or triple exchanges for arginine did not impair infectivity, demonstrating that interaction is dependent on charge distribution rather than sequence- specific. The lysine residues are located within a pocket on the capsomere surface, which was previously proposed as putative receptor binding site. Fab fragments of binding-neutralizing antibody H16.56E that recognize an epitope directly adjacent to lysine residues strongly reduced HS-mediated cell binding, further corroborating our findings. In contrast, mutation of basic surface residues located in the cleft between capsomeres outside this pocket did not significantly reduce interaction with HS or resulted in assembly-deficient proteins. Computer-simulated heparin docking suggested that all three lysine residues can form hydrogen bonds with 2-O-, 6-O-, and N-sulfate groups of a single HS molecule with a minimal saccharide domain length of 8 monomer units. This prediction was experimentally confirmed in binding experiments using capsid protein and heparin molecules of defined length and sulfate group modifications.
DDC: 570 Biowissenschaften
570 Life sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-1686
URN: urn:nbn:de:hebis:77-14441
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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