Discovery and characterization of a novel chemokine binding protein of varicella zoster virus that enhances chemokine activity

Das Varizella-Zoster Virus (VZV) ist ein sehr prävalentes humanes Alphaherpesvirus, dessen Latenz in den Neuronen der peripheren Ganglien etabliert ist. Die primäre Infektion erfolgt über die Atemwegsschleimhaut gefolgt von der viralen Replikation in Epithelzellen, von wo aus das Virus die Leukozyten infiziert und sich systemisch ausbreitet. Diese systemische Ausbreitung führt zum klassischen Ausbruch von Varizella-Zoster, den  sogenannten Windpocken. Symptomatisch werden Windpocken als Hautausschlag wahrgenommen, welcher durch die Replikation von VZV ausgehend von der basolateralen Schicht der Hautzellen verursacht wird. Darauffolgend bilden sich die typischen Bläschen, die unzählige Viruspartikel enthalten, und das Virus weiter verbreiten. Während der primären Infektion werden die Viruspartikel retrograd von der Haut weg oder durch Leukozyten schließlich zu den Neuronen transportiert. Diese werden infiziert und ermöglichen dem Virus eine Latenz zu entwickeln. Bei einer Reaktivierung, nach einer unbestimmten Zeit, können neu synthetisierte virale Partikel entstehen, die wiederum anterograd zu den Hautzellen transportiert werden und lokal einen schmerzvollen Hautausschlag verursachen, welcher auch als Herpes Zoster oder als Gürtelrose bekannt ist. Die Infektion und die Modulierung von Leukozyten ist ein essentieller Bestandteil der systemischen Virusverbreitung und der Kolonisierung der Ganglien und somit der Pathogenität von VZV. Bisher gab es keine Beweise über die Beeinflussung von Leukozyten hinsichtlich der Rekrutierung und der vermehrten Migration durch VZV.   Chemokine gehören zu der Familie der kleinen, basischen Zytokine und spielen eine wichtige antivirale Rolle. Sie sind für das Zusammenspiel, Regulierung und Migration von Leukozyten verantwortlich. Aufgrund dessen haben Herpesviren diverse Strategien entwickelt, die die Aktivität von Chemokinen beeinflussen. Eine der wichtigsten Strategien ist die Expression von viralen Chemokin-bindenden Proteinen (vCKBP). Diese Proteine haben wenig bis keine Sequenzhomologie zu den zellulären Chemokin-Rezeptoren oder zu den eigenen viralen Proteinen. Hauptsächlich verhindern die vCKBP die Funktionen von Chemokinen und beeinflussen die Migration von Leukozyten zum Ort der Infektion. Diese Eigenschaft der viralen Beeinflussung wurde zuvor beim VZV noch nie untersucht.   Es ist bekannt, dass Chemokine essentiell für die zielgerichtete Leukozytenmigration sind, und da VZV Leukozyten nutzt um eine systemische Infektion hervorzurufen, liegt die Theorie nahe, dass VZV vCKBP für eine virale Ausbreitung nutzen könnte.  Deshalb war es eines der Ziele dieser Arbeit, herauszufinden, ob VZV  vCKBP exprimiert und damit die Leukozytenmigration beeinflusst. Um dieses Ziel zu erreichen fokussierten wir uns auf VZV Glykoproteine, genauer gesagt auf Glykoprotein C (gC). Hierbei handelt es sich um ein Typ 1 Transmembran-Glykoprotein, dessen Funktion bisher unbekannt war.   Die Ektodomäne von gC (rSgC) wurde über das Baculovirus Expressionssystem exprimiert und über die Affinitätschromatographie aufgereinigt. Des Weiteren haben wir die Methodik der Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie verwendet und herausgefunden, dass rSgC mit einem weiten Spektrum an Chemokinen im nanomolaren Bereich interagiert. In Transwell-Experimenten hat rSgC in Gegenwart von Chemokinen die Migration von Leukozyten gesteigert. Des Weiteren konnten wir eine Interaktion zwischen rSgC und Glykosaminglykane (GAGs) auf Zelloberflächen beobachten, welche auch bei anderen vCKBP’s gesehen wurde. Das Wirkprinzip von gC benötigte nicht die direkte Interaktion mit GAGs, jedoch war die Bindung zu Chemokinen und deren Bindung an ihre Rezeptoren nötig, um die gesteigerte Aktivität zu beobachten. Diese Chemokinaktivität von gC konnte auch im viralen Kontext mit VZV beobachtet werden.   Zusammenfassend führen die Ergebnisse dieser Arbeit zur Entdeckung eines vCKBP des Varizella- Zoster Viruses. Wir vermuten, dass das Virus durch gC und die Bindung zu Chemokinen das Rekrutieren und die folgende Infektion von Leukozyten begünstigt, welches wiederrum die systemische Verbreitung und Pathogenität von VZV erhöht.