Neuer Mechanismus der Immunität gegen RNA-Viren in Pflanzen entdeckt
Wissenschaftler des Instituts für Molekular- und Zellbiologie der Pflanzen zeigen, dass Proteine, die so genannten ECTs, gegen Viren wie das Alfalfa- und das Kartoffelmosaikvirus wirken.
Eine Forschungsgruppe des Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), eines gemeinsamen Zentrums des Spanischen Nationalen Forschungsrats (CSIC) und der Universitat Politècnica de València (UPV), hat entdeckt, dass eine Gruppe von Pflanzenproteinen, die zu einer Familie namens ECTs gehören, als Effektoren an der Immunantwort gegen das Alfalfa-Mosaikvirus beteiligt sind. Diese Arbeit, die im EMBO Journal veröffentlicht wurde, könnte zur Entwicklung von Produkten beitragen, die den ECTs ähnlich sind, und somit neue Wege zur Bekämpfung von Viren in Pflanzen eröffnen.
In allen bekannten Organismen entschlüsselt die RNS die in der DNS enthaltenen genetischen Informationen, um die Proteine herzustellen, die die Funktionen des lebenden Organismus erfüllen. Diese RNS kann eine Reihe von Modifikationen erfahren, die als epigenetische Modifikationen bezeichnet werden. Bei zahlreichen Viren, wie z. B. SARS-CoV-2, dem Coronavirus, das die jüngste weltweite Pandemie ausgelöst hat, ist die genetische Information in einem oder mehreren RNA-Molekülen (den so genannten RNA-Viren) kodiert, die die gleiche Art von epigenetischen Veränderungen durchlaufen.
Die wichtigste epigenetische Veränderung ist die Methylierung, bei der die Gentranskription verändert wird, ohne dass die DNA verändert werden muss. Diese Modifikation wird durch "Writer"- (Methyltransferasen), "Eraser "- (Demethylasen) und " Reader"-Proteine reguliert, die an die modifizierte RNA binden und deren Funktion modulieren. Die Veränderung der Konzentrationen eines dieser Proteine hat einen tiefgreifenden Einfluss auf den Infektionszyklus des Virus.
"Das Epitranskriptom, d. h. die Prozesse, die auf molekularer Ebene in Organismen ablaufen und die Modifikation und Editierung von RNA einschließen, hat sich in jüngster Zeit als eine wesentliche Regulierungsebene erwiesen, die zur Stressanpassung und -toleranz in Pflanzen beiträgt", sagt Vicente Pallás Benet, Leiter der Gruppe Molekulare Virologie der Pflanzen am IBMCP.
Diese Forschungsgruppe hatte bereits gezeigt, wie ein pflanzliches RNA-Virus, das Alfalfa-Mosaik-Virus (AMV), die zelluläre epigenetische RNA-Modifikationsmaschinerie entführt, um die Methylierung in seiner eigenen RNA zu regulieren. "Wir haben nun entdeckt, dass einige ECTs eine neue Schicht der pflanzlichen Abwehr gegen Viren darstellen", erklärt Pallás.
Verwendung von Pflanzenmutanten
In der neuen Arbeit wird die Rolle der Leserproteine in diesem Prozess der Virus-RNA-Modifikation analysiert, der die Virusinfektion ermöglicht. Anhand verschiedener Pflanzenmutanten haben sie gezeigt, dass diese Proteine, die in Pflanzen als ECTs bezeichnet werden, direkte Effektoren der antiviralen Immunität gegen ein RNA-Virus sind, das so verändert wurde, dass es eine Infektion ermöglicht.
"Dieser Abwehrmechanismus wird durch die direkte Interaktion dieser Proteine mit der viralen RNA vermittelt, wie wir mit der leistungsstarken Proximity-Tagging-Methode HyperTRIBE nachgewiesen haben", beschreibt Mireya Martínez-Pérez, Erstautorin der Studie. "Diese ECTs haben Regionen, die reich an Aminosäuren wie Tyrosin sind, die ihre Interaktion und Clusterbildung zu biomolekularen Kondensaten durch einen Prozess begünstigen, der als Phasentrennung bekannt ist. Diese Eigenschaft der Clusterbildung scheint der Grund für ihre antiviralen Eigenschaften zu sein", sagt Frederic Aparicio, Professor an der UPV, der an der Studie beteiligt war.
Auswirkungen auf menschliche Krankheiten
Die Deregulierung der RNA-Modifikation wird bei vielen menschlichen Krankheiten, einschließlich Krebs, und bei Virusinfektionen in Betracht gezogen. "Die Entdeckung eines neuen antiviralen Mechanismus eröffnet immer neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Strategien zur Bekämpfung von Krankheiten, in diesem Fall von Viren", sagt Pallás. "Die Entwicklung homologer Moleküle antiviraler ECTs oder von Inhibitoren proviraler Demethylase-Proteine kann das begrenzte Repertoire an Strategien zur Bekämpfung von Pflanzenviren erweitern", so der Forscher.
Da diese Proteine an der Zellproliferation beteiligt sind, könnte ein Fortschritt im Verständnis ihrer Wirkungsweise einen bedeutenden Einfluss auf die Modulation von Entwicklungs- und Abwehrprozessen in eukaryontischen Organismen, d. h. Tieren, Pflanzen, Pilzen und Protisten, haben, so die Forscher. Die Forschungsarbeiten wurden in Zusammenarbeit mit dem Labor von Professor Peter Brodersen im Fachbereich Biologie der Universität Kopenhagen (Dänemark) durchgeführt.
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Originalveröffentlichung
Mireya Martínez-Pérez, Frederic Aparicio, Laura Arribas-Hernández, Mathias Due Tankmar, Sarah Rennie, Sören von Bülow, Kresten Lindorff-Larsen, Peter Brodersen and Vicente Pallas; "Plant YTHDF proteins are direct effectors of antiviral immunity against an N6-methyladenosine-containing RNA virus."; The EMBO Journal
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