Die Aufklärung der Prozesse, die zur Zusammensetzung des Influenza A Virus führen, ist Bestandteil für die Bekämpfung dieser Infektionskrankheit. Der Viruspartikel setzt sich aus einer Hülle, der darunter liegenden Matrix und dem Genom zusammen. Das Genom ist als Bündel aus acht Ribunucleoproteinkomplexen organisiert. Die Hülle besteht aus einer Membran, die mit Sphingomyelin und Cholesterol angereichert ist und den darin eingebetteten Membranproteinen Hämagglutinin, Neuraminidase und dem Protonenkanal M2. Die unter der Hülle liegende Matrix wird von einem einzigen Influenzaprotein formiert: Dem Matrixprotein M1. Es spielt eine Schlüsselrolle im Replikationszyklus des Virus in der Zelle. Es interagiert mit dem genetischen Material, mit den Membranproteinen und der Lipidmembran der Hülle. Die vorliegende Arbeit gibt Auskunft, welche Lipide eine Rolle in der M1-MembranWechselwirkung spielen. Die Liste der identifizierten Lipide umfasst neben dem bereits bekannten Phosphatidylserin auch Phosphatidylglycerol und Phosphatidsäure. Verschiedene Phosphatidylinositole konnten ebenfalls identifiziert werden. Als stärkster M1 Bindungspartner trat dabei Phosphatidylinositol-4-Phosphat zutage. Weitere auf Mutanten basierende Untersuchungen zeigten, dass der membranbindende Bereich nicht auf eine einzelne Domäne in M1 festgelegt werden kann. Die N-terminale M1-Domäne mit ihrem Oberflächen-exponierten, positiv geladenen Areal und die C-terminale Domäne interagierten mit Modellmembranen. Das Resultat dieser Interaktionen konnte mittels mikroskopischer Untersuchungen an gigantischen unilamellaren Vesikeln dokumentiert werden. Für M1 und für eine Mutante, die nur aus der N-terminalen M1-Domäne besteht, konnte eine von anderen viralen Proteinen unabhängige homooligomere Organisation auf der Membran gezeigt werden. Diese M1-Cluster könnten während der Zusammensetzung des Viruspartikels als Fundament für die Eingliederung aller weiteren viralen Komponenten dienen. / about the assembly process of the influenza A virus particle is essential for the development of effective approaches for prevention and treatment of this virus infection. The virus particle consists of an envelope, an underlying matrix, and the encapsulated genome. The genetic material is organized as bundle of eight ribonucleoprotein complexes that encode for eleven proteins. The envelope consists of a lipid bilayer that is enriched in sphingomyelin and cholesterol. The viral spike proteins, hemagglutinin and neuraminidase, as well as the proton channel M2 are embedded into this membrane. The matrix can be found below the envelope. It is formed by one single protein, the matrix protein M1. M1 plays a crucial role during the replication of the virus in the cell. It interacts with the genetic material, with the envelope proteins and with the lipid bilayer of the envelope. The results of this study reveal in detail which lipids are targeted by M1. The set of identified lipids contains phosphatylglycerol and phosphatidic acids as new binding partners, beside the known phophatidylserine. Additionally, several phosphatidylinositols were identified. Phosphatidylinositol-4-phosphate was the strongest binding partner from this group. Mutant-based analysis revealed that M1 owns more than one membrane binding site. The positively charged area in the N-terminal and the C-terminal domain mediated membrane association of the respective mutant protein. The final constitution of M1 on the membrane was characterized by confocal fluorescence microscopy on giant unilamellar vesicles. Full length M1 and a mutant that consisted only of the N-terminal part of M1 showed lateral clustering of homooligomers on the vesicle surface. The clusters formed independently of any other viral component. A function as fundament for the incorporation of the other viral components can be assumed for these clusters.

Physik gibt es überall dort, wo Materie: Maßnahmen wie Energie, Masse, Temperatur, Geschwindigkeit, Größe und Steifigkeit sind alle Beispiele der physikalischen Eigenschaften. Solche Mengen sind wichtige Charakterisierungen für biologische Organismen: Sie verändern die ganze Zeit während des gesamten Lebenszyklus. Für eine Bio-Mechaniker, Steifigkeit ist eine wichtige Maßnahme zur biologischen Design zu verstehen. Weil biologische Bausteine so klein wie 1 nm (Protein / DNA / Lipid) sein können, sind spezielle Techniken erforderlich, um ihre Steifigkeit zu studieren. Beide Rasterkraftmikroskopie (AFM) und optischen Pinzetten können verwendet werden, um aktiv zu verformen die Objekte an pN-nN Kräfte und messen die Verformung auf Nanometer Längenskalen werden. In dieser Arbeit AFM wird angewandt, um die Mechanik von Influenza-Viren, Liposomen und lebenden Zellen zu studieren. Das Genom von Viren von einer Proteinhülle und in einigen Fällen eine zusätzliche Lipidhülle verpackt. Dieser Verbund Shell hat widersprüchliche Rollen: er hat das virale Genom zu schützen, aber es sollte auch ermöglichen Auspacken während der viralen Infektion in das Genom zu lösen. Influenza-Virus ist das weichste Virus jemals gefunden, aber zur gleichen Zeit eine sehr hartnäckige Virus verursacht jährliche Pandemien. Ein besseres Verständnis der mechanischen Eigenschaften des Influenza-Virus kann uns helfen zu verstehen, warum das Virus so erfolgreich ist. Die mechanischen Eigenschaften von Influenza-Viren wurden durch AFM gemessen und mit den Liposomen der viralen Lipid hergestellt. Wir haben gefunden, dass die Influenzavirus-Mechanik durch seine Lipidhülle (~ 70%) werden dominiert. In Kapitel 2 haben wir gezeigt, dass anstelle der Verwendung einer starren Proteinkapsid die Lipidhülle ausreicht, um das Influenza virale Genom zu schützen. In Kapitel 3 haben wir weitere blickte in die Funktion des M1 Proteinhülle während der viralen Infektion. Ein Zwischenprodukt Auspacken Schritt wurde durch Messen der in fluenzavirale Steifigkeit bei pH 7, 6, 5,5 und 5, Bedingungen, die die Ansäuerung Umgebungen auf der viralen Infektion nachahmen Stoffwechselweg entdeckt. Der Zwischenschritt wurde weiterhin als wesentlich erwiesen für eine erfolgreiche Infektion. Wir schlagen vor, dass das Influenza-Virus hat sich zu eng synchronisiert die verschiedenen Schritte ihrer Auspacken mit pH-