Das humane Immundefizienzvirus Typ 1 (HIV-1) gehört zu den Lentiviren und ist Verursacher des erworbenen Immunschwäche-Syndroms (AIDS), welches durch ein fortschreitendes Versagen des Immunsystems gekennzeichnet ist. Lebensbedrohliche, opportunistische Infektionen sowie die Entstehung von Krebs sind die Folgen von AIDS. Indem es unterschiedlichste Wechselwirkungen mit zellulären Proteinen eingeht, trägt das virale Nef Protein entscheidend zur Pathologie von HIV bei. Für die Vielfältigkeit der bekannten Nef-Funktionen scheint die konformationelle Flexibilität von Nef sowie seine posttranslationale Modifizierung z.B. durch Myristoylierung mitverantwortlich.

Bislang wurden viele der bekannten zellulären Nef-Interaktionspartner durch den Einsatz klassischer Yeast two-hybrid (Y2H) Systeme identifiziert. Diese Verfahren beruhen darauf, dass bei Auftreten einer Interaktion Reportergene im Zellkern angeschaltet werden, wozu eine Kerngängigkeit des Nef-Proteinkomplexes notwendig ist. Ein Aufdecken von Nef-Wechselwirkungen mit zellulären Membran-assoziierten Proteinen, die nicht in den Zellkern einwandern können sowie die Verwendung eines myristoylierten und somit Zellmembran-assoziierten Nef Proteins als Köder ist mit diesen Verfahren kaum möglich.

Wir verwendeten ein auf die Split-Ubiquitin Technik basierendes Y2H-System, um so bislang noch nicht bekannte, an der Membran lokalisierte zelluläre Interaktionspartner von Nef zu entdecken. Wie erwartet waren mehr als 80% der beobachteten Treffer Membranproteine. Die identifizierten Proteine entstammen verschiedenster biologischer Prozesse, wie Signalweiterleitung, Apoptose, Neurogenese, Zelladhäsion, Proteintransport und Proteinqualitätskontrolle (Kammula et al., PLoSOne 2012; 7(12):e51578).

Nef und Autophagie

Mittlerweile weiß man, dass die Autophagie eine wichtige Rolle bei der zellulären Abwehr von Mikroben (Xenophagie), aber auch bei der angeborenen und der erworbenen Immunantwort spielt. Es ist bekannt, dass eine Vielzahl von Viren Strategien entwickelt hat, um die antivirale Wirkung der Autophagie zu umgehen oder um Teilbereiche der Autophagie zum eigenen Nutzen zu missbrauchen. Das trifft auch auf das HI-Virus zu, welches in verschiedenen Zelltypen unterschiedlich auf die Autophagie einwirkt.
Während unseres Split-Ubiquitin-Y2H-Screens beobachteten wir u.a. auch, dass einige Proteine, die an der Autophagie beteiligt sind (Atg Proteine) von Nef gebunden wurden. Interessanterweise, waren auch in einem umfassenden siRNA-Screen (Brass et al. Science, 319(5865):921ff) mehrere Atgs unter den ca. 250 zellulären Proteinen für welche HIV eine Abhängigkeit zeigte. Mittlerweile konnten wir eine Reihe von Daten sammeln, die alle zeigen, dass Nef mit bislang in diesem Zusammenhang noch nicht näher untersuchten Atg Proteinen eine direkte und spezifische Wechselwirkung eingehen kann.

Zukünftig wollen wir klären, ob z.B. die Autophagosomenbildung oder der Autophagieflux durch eine Nef-vermittelte Veränderung bestimmter Atg-Funktionen verändert wird, ob die Produktion von HI-Virionen von der Anwesenheit bestimmter Atgs abhängt oder ob Nef andere Membrantransportsysteme, wie z.B. den endosomalen oder den sekretorischen Weg in einer Atg-abhängigen Weise beeinflusst. Die strukturellen Aspekte die sich aus diesem Projekt ergeben untersuchen wir in enger Kooperation mit Melanie Schwarten.

Unsere aktuellen Ergebnisse hierzu präsentierte Alexandra Boeske kürzlich während der KEYSTONE Konferenz "Autophagy" in Breckenridge, Colorado, USA (19.-24. Juni 2015; unterstützt durch ein Barrie Hesp Scholarship) unter dem Titel "GABARAPs Mediate Anterograde Transport and Secretion of HIV-1 Nef via Mechanisms Related to Unconventional Protein Secretion" (eingeladener Vortrag und Poster).

Dieses Projekt wird von der DFG gefördert (SFB 1208).