Untersuchung der molekularen Interaktion endogener und synthetischer RNA mit dem zytosolischen Immunrezeptor RIG-I

Abstract

Die Helikase RIG-I spielt als zytosolischer Immunrezeptor eine zentrale Rolle bei der Abwehr der meisten hoch pathogenen RNA-Viren. RIG-I erkennt 5’triphosphorylierte doppelsträngige RNA (3P-dsRNA), wie sie bei der Replikation von Viren entsteht und initiiert durch Ausschüttung von Typ I Interferonen und Chemokinen eine antivirale Immunantwort. Bisherige Publikationen fokussierten lediglich die Struktur des RIG-I Liganden. Basierend auf kristallographischen Studien wurden mit 3P-dsRNA interagierende Aminosäuren der RIG-I–RNA-Bindedomäne (RD) identifiziert und deren biologische Relevanz in dieser Arbeit durch Mutationsanalysen evaluiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Bindung von α- und β-Phosphat durch jeweils 2 basische Aminosäuren essentiell ist, wobei die Erkennung des γ-Phosphates lediglich für die RIG-I-Aktivierung bei niedrigen Ligandenkonzentrationen notwendig wird. Als zusätzlich obligatorische Kontakte für RIG-I-Aktivierung ergaben sich die <em>Stacking</em>-Interaktion einer aromatischen Aminosäure mit dem 5’ basengepaarten RNA-Terminus und die Bindung eines Internukleotidphosphates des RNA-Rückgrates.<br /> In der Kristallstudie konnte zusätzlich die hoch konservierte mit 3P-dsRNA interagierende Aminosäure His830 identifiziert werden. Ihr konnte eine immunregulatorische Rolle zugeordnet werden: endogene mRNA besitzt an ihrem 5’-Ende ein Triphosphat, das durch ein ^m7G-Cap modifiziert ist. Es konnte gezeigt werden, dass nicht, wie bisher angenommen, das ^m7G-Cap allein, sondern erst die für Vertebraten charakteristische 2’-OCH₃-Gruppe am ersten Ribonukleotid (N₁) endogene RNA immunologisch inert macht. Diese Immuntoleranz von endogener RNA mit 2’-OCH₃-Gruppe an N₁ wird durch His830 vermittelt, dessen sperrige Seitenkette die Interaktion 2’-modifizierter RNA mit RIG-I inhibiert. Untersuchungen an Gelbfieber-Virus ergaben, dass auch Viren diesen Mechanismus nutzen: verlieren sie die Kompetenz zur N₁-2’-O-Methylierung, so erschwert dies kaum die Virusreplikation sondern resultiert in einer verstärkten RIG-I-abhängigen Immunantwort.<br /> Insgesamt konnten in dieser Arbeit damit sowohl neue Erkenntnisse in der RIG-I-Liganden-Interaktion auf struktureller Ebene erlangt, als auch ein neuer Toleranzmechanismus von RIG-I für endogene RNAs aufgedeckt werden. Zudem konnte geklärt werden, dass eine RIG-I-Aktivierung auch ohne Triphosphorylierung möglich ist, dabei aber niedrig affin abläuft und eine Sequenzspezifität auftritt. Diese neuen Erkenntnisse zusammen können in Zukunft genutzt werden um ein Molekül zu entwickeln, das eine gezielte kurativ Immunantwort in verschiedenen Tumorentitäten initiiert.