Ebola viruses (EBOVs) assemble into filamentous virions, whose shape and stability are determined by the matrix viral protein 40 (VP40). Virus entry into host cells occurs via membrane fusion in late endosomes; however, the mechanism of how the remarkably long virions undergo uncoating, including virion disassembly and nucleocapsid release into the cytosol, remains unknown. Here, we investigate the structural architecture of EBOVs entering host cells and discover that the VP40 matrix disassembles prior to membrane fusion. We reveal that VP40 disassembly is caused by the weakening of VP40–lipid interactions driven by low endosomal pH that equilibrates passively across the viral envelope without a dedicated ion channel. We further show that viral membrane fusion depends on VP40 matrix integrity, and its disassembly reduces the energy barrier for fusion stalk formation. Thus, pH‐driven structural remodeling of the VP40 matrix acts as a molecular switch coupling viral matrix uncoating to membrane fusion during EBOV entry.

Hepatitis D virus (HDV) is a defective RNA virus with a negative-strand RNA genome encompassing less than 1700 nucleotides. The HDV genome encodes only for one protein, the hepatitis delta antigen (HDAg), which exists in two forms acting as nucleoproteins. HDV depends on the envelope proteins of the hepatitis B virus as a helper virus for packaging its ribonucleoprotein complex (RNP). HDV is considered the causative agent for the most severe form of viral hepatitis leading to liver fibrosis/cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Many steps of the life cycle of HDV are still enigmatic. This review gives an overview of the complete life cycle of HDV and identifies gaps in knowledge. The focus is on the description of cellular factors being involved in the life cycle of HDV and the deregulation of cellular pathways by HDV with respect to their relevance for viral replication, morphogenesis and HDV-associated pathogenesis. Moreover, recent progress in antiviral strategies targeting cellular structures is summarized in this article.

Ebola viruses (EBOVs) are filamentous particles, whose shape and stability are determined by the VP40 matrix. Virus entry into host cells occurs via membrane fusion in late endosomes; however, the mechanism of how the remarkably long virions undergo uncoating including virion disassembly and nucleocapsid release into the cytosol, remains unknown. Here, we investigate the structural architecture of EBOVs entering host cells and discover that the VP40 matrix disassembles prior to membrane fusion. We reveal that VP40 disassembly is caused by the weakening of VP40-lipid interactions driven by low endosomal pH that equilibrates passively across the viral envelope without a dedicated ion channel. We further show that viral membrane fusion depends on VP40 matrix integrity, and its disassembly reduces the energy barrier for fusion stalk formation. Thus, pH-driven structural remodeling of the VP40 matrix acts as a molecular switch coupling viral matrix uncoating to membrane fusion during EBOV entry.

Acute-on-chronic liver failure (ACLF) is a life-threatening syndrome characterized by rapid deterioration of organ function in pre-existing chronic liver disease. Patients who develop ACLF within 90 days after decompensation are referred to as pre-ACLF. Known precipitants include bacterial infections and viral hepatitis. However, in 40-60% of patients, the precipitant remains unknown. Cytomegalovirus (CMV) and Epstein-Barr virus (EBV) are highly prevalent viruses, but their impact on ACLF is unclear. 211 patients (43 ACLF, 16 pre-ACLF, and 152 non-ACLF) of the ACLF-I study and an external validation cohort with 153 patients (39 ACLF, 33 pre-ACLF, and 81 non-ACLF) were included. Sera were analyzed for CMV/EBV DNA (multiplex qPCR), cytokines in 102 ACLF-I samples (multiplex assays), and immunoglobulins in 80 case-control matched ACLF-I and 20 validation cohort patients (immunoassays), and correlated with clinical data. In the ACLF-I group, a higher prevalence of CMV DNAemia (8.9% vs. 25.6%, odds ratio [OR] 3.51, 95% CI 1.47-8.34, p <0.01) and EBV DNAemia (6.6% vs. 16.3%, OR 3.01, 95% CI 1.10-8.62, p <0.05) was observed in ACLF compared to non-ACLF cases, despite the absence of clinical signs of viral infections. 54.8% of DNAemic ACLF patients in the validation cohort had no identified precipitant compared to 26.5% in ACLF patients without DNAemia (p <0.05). CMV was associated with liver failure (p <0.001) and with 90-day mortality (p <0.001) in the regression model. DNAemia was associated with a distinct pattern of inflammatory activity. The results were validated externally. Serological analyses revealed that reactivation rather than primary infection occurred in most cases defined as DNAemic. Presence of CMV/EBV DNAemia in chronic liver disease may contribute to the development of ACLF by exacerbating liver inflammation and impairing hepatocellular function. Despite ACLF being a life-threatening syndrome, the underlying precipitant cannot be identified in 30-40% of cases. As a result, intervention in ACLF development is limited to cases with known precipitants. To our knowledge, this is the first time it is shown that previously undiagnosed CMV and EBV DNAemia might act as a precipitating event inducing ACLF. We propose that routine screening and proper treatment for CMV and EBV in decompensated cirrhotic patients can intervene in ACLF development. This hypothesis needs to be assessed in prospective studies. NCT04975490.

Chronische Lebererkrankung (CLD) ist eine Erkrankung, welche durch eine fortschreitende Schädigung der Leber gekennzeichnet ist. Diese konstante Schädigung der Leber, beispielsweise durch virale Infektionen kann zunächst zur Entzündung der Leber auch Hepatitis genannt und im Endstadium zur Leberzirrhose führen, eine irreversible Vernarbung der Leber, durch die die Leberfunktion stark eingeschränkt wird. Eine tödliche Komplikation der Leberzirrhose ist das Krankheitssyndrom Akut-auf-chronisches Leberversagen (ACLF). ACLF ist charakterisiert durch ein Ein- oder Mehrorganversagen bei zugrundeliegender Leberzirrhose und einer extrem hohen Kurzzeit-Mortalität. Auslöser für ein ACLF können unterschiedlich oder auch multifaktoriell sein. Häufige Auslöser sind bakterielle Infektionen oder auch virale Infektionen. So ist zum Beispiel eine Infektion mit dem Hepatitis B Virus (HBV) der häufigste Trigger für die Entwicklung eines ACLFs in bestimmten Teilen von Asien, (wie z. B. China). Andere Viren kommen als Trigger ebenfalls in Betracht. Beispielweise können das Cytomegalovirus (CMV) oder das Epstein-Barr Virus (EBV) ebenfalls im Zuge einer systemischen Infektion eine virale Hepatitis verursachen. Jedoch wurden diese Viren im Kontext von CLD und dessen Komplikationen wie zum Beispiel ACLF noch nicht weitreichend und systematisch untersucht. Auch wenn andere Hepatitis induzierende Viren, wie zum Beispiels das Hepatitis D Virus (HDV), welches bekanntermaßen die aggressivste Form der viralen Hepatitis auslöst, im Gegensatz dazu bereits systematisch im Kontext der CLD untersucht worden sind, gibt es eine Vielzahl pathogener Mechanismen, welche noch nicht weitrechend aufgeklärt worden sind und entsprechend nicht effektiv interveniert werden können. Deshalb war das übergeordnete Ziel dieser Promotion die Identifizierung und Charakterisierung unterschiedlicher pathogener Mechanismen von Hepatitis-induzierenden Viren in verschiedenen Kontexten von chronischen Lebererkrankungen. Die identifizierten pathogenen Mechanismen sollten langfristig als potenziell adressierbare Targets dienen. Entsprechend wurden in die folgende kumulative Dissertation vier verschiedene Publikationen inkludiert, ein Übersichtsartikel, zwei in vitro Studien und eine translationale Studie. In der translationalen Studie wurde untersucht, ob CMV- und EBV-Infektionen oder Reaktivierungen mit der Entwicklung von ACLF assoziieren. Dafür wurden über 200 Patient*innen auf das Vorhandensein von CMV- oder EBV-DNAämie untersucht, und die entsprechenden Virämien mit den klinischen Parametern der Patient*innen korreliert. Tatsächlich konnte gezeigt werden das ACLF Patient*innen eine höhere Prävalenz von CMV- und EBV-DNAämie aufweisen und dass die CMV- und EBV-DNAämie stark mit der Schwere der Leber-Erkrankung, mehreren Organversagen und mit einer erhöhten Mortalität korreliert. Darüber hinaus, wiesen CMV- und EBV-DNAämische ACLF Patient*innen eine erhöhte Inflammation im Vergleich zu nicht-DNAämischen ACLF Patienten auf. Daher postulieren wir, dass CMV- und EBV-DNAämie routinemäßig in chronisch Leber-erkrankten Patient*innen als Marker untersucht werden und wenn möglich therapiert werden sollte um den Krankheitsverlauf der betroffenen Patient*innen positiv zu beeinflussen. Ein weiteres Ziel dieser Promotion war es, pathogene Mechanismen von HDV mittels in vitro Studien zu untersuchen. Wie zuvor erwähnt induziert HDV die aggressivste Form viraler Hepatitis mit einem sehr hohen Risiko zur Entwicklung eines hepatozellulären Karzinoms. Trotz wesentlicher Fortschritte in der Therapie von HDV-Infektionen sind die aktuellen Behandlungsmöglichkeiten immer noch ineffizient, da HDV nicht immer vollständig eliminiert werden kann und die Virämie teilweise nach Aussetzen der Behandlung erneut steigt. Darüber hinaus sind noch viele pathogene Mechanismen von HDV unbekannt. Daher sind neue Erkenntnisse in der HDV-Forschung zwingend notwendig. Um zunächst den aktuellen Wissensstand in der HDV-Forschung zusammenzufassen, wurde nach intensiver Recherche-Arbeit ein Übersichtsartikel verfasst, welcher einige der zellulären Wirtsproteine, die mit den viralen Komponenten von HDV, insbesondere mit den zwei Protein-Isoformen S-HDAg und L-HDAg und dem HDV-RNA-Genom interagieren, zusammenfasst. Einige der Hürden, welche im Zuge der Recherche-Arbeit erkannt worden sind, war einerseits der Mangel an gut charakterisierten HDV spezifischen Antikörpern, welche gewissenhaft für in vitro Studien genutzt werden konnte und andererseits die hohe Dunkelziffer in der HDV-Diagnose auf Grund von teuren und komplexen diagnostischen Methoden, welche in ärmeren Regionen kaum zugänglich sind. Um diese Punkte zu adressieren wurden in einer weiteren Studie zunächst hoch-affine HDV spezifische Antikörper generiert. Diese hoch-affinen Antikörper wurden hinsichtlich der Bindungsspezifität, -Kinetik und in Korrelation mit in situ Studien hinsichtlich der Epitop-Erkennung charakterisiert. Wesentliche Erkenntnisse der Studie waren, dass einige der hoch immunogenen Domänen vom HDV viralen Protein S-HDAg im nativen Zustand des Proteins maskiert sind und entsprechend nicht zugänglich sind, andere wiederum werden vermutlich erst durch Interkation mit dem viralen Genom zugänglich. Darüber hinaus wurde als Proof-of-Concept gezeigt, dass mittels der neu generierten Antikörper ein hoch sensitiver ELISA etabliert werden konnte, welcher die quantitative Detektion von HDV ermöglicht und langfristig als kostengünstige Alternative zu herkömmlichen teuren, und entsprechend schwer zugänglichen diagnostischen Methoden verwenden könnte. Um schlussendlich pathogene...

The hepatitis D virus (HDV) is a small, defective RNA virus that induces the most severe form of viral hepatitis. Despite its severity, HDV infections are under-diagnosed due to non-standardized and costly diagnostic screening methods. However, limited research has been conducted on characterizing HDV-specific antibodies as alternative tools for diagnosis. Thus, we generated HDV-specific, polyclonal antibodies by immunizing rabbits with the HDV protein, small hepatitis delta antigen (SHDAg), in its oligomeric or denatured form. We identified SHDAg-specific linear epitopes by peptide array analysis and compared them to epitopes identified in HDV-infected patients. Using in silico structural analysis, we show that certain highly immunogenic domains in SHDAg, such as the coiled-coil domain, are masked in the oligomeric conformation of the protein; others, such as the second arginine-rich motif, are exposed. The nuclear localization signal is presumably exposed only by specific interaction of oligomeric HDAg with the HDV-RNA genome. Through surface plasmon resonance analysis, we identified two polyclonal antibodies derived from rabbit antisera with affinities in the lower nanomolar range. These antibodies were used to establish an ELISA that can quantitatively detect HDV virions in vitro and upon further optimization could be used as a promising alternative diagnostic screening method.