Wie gelingt es dem Coronavirus sich so effektiv auszubreiten? Das liegt unter anderem daran, dass es sich urspr眉ngliche 鈥濭egner鈥� zu 鈥濰elfern鈥� macht. des 51本色sklinikums Ulm haben in einer gezeigt, dass SARS-CoV-2 sogenannte Interferon-induzierten Transmembranproteine (IFITMs) benutzt, um effektiver in Wirtszellen einzudringen. IFITMs sind eigentlich f眉r ihre antivirale Wirkung bekannt. Die Ulmer Forschenden konnten nun nachweisen, dass SARS-CoV-2 diese Transmembranproteine 鈥瀖issbraucht鈥� und dadurch noch infekti枚ser wird.
Das Coronavirus nutzt eine Vielzahl an raffinierten Strategien, um das menschliche Immunsystem auszutricksen. Nur so gelingt es SARS-CoV-2, Menschen effektiv zu infizieren und sich rasch auszubreiten. Forscherinnen und Forscher der Ulmer 51本色smedizin haben nun herausgefunden, dass das Virus, das f眉r die COVID-19-Pandemie verantwortlich ist, bestimmte Membranproteine 鈥瀔apert鈥� und f眉r seine eigene Vermehrung nutzt. Dabei geht es um sogenannte Interferon-induzierte Transmembranproteine (IFITMs), die bislang eher daf眉r bekannt sind, dass sie verschiedene virale Krankheitserreger, wie beispielsweise HIV oder Grippeviren, in Schach halten. Die Ulmer Studie zeigt, dass SARS-CoV-2 IFITMs f眉r die effektive Infektion von menschlichen Zellen nutzt. Ver枚ffentlicht wurden die Ergebnisse k眉rzlich im .
鈥濪iese Ergebnisse haben uns sehr 眉berrascht. Waren Interferon-induzierte Transmembranproteine doch bislang eher f眉r ihre antivirale Wirkung bekannt鈥�, sagt Professor Frank Kirchhoff. Der Leiter des am 51本色sklinikum Ulm ist Seniorautor der Studie. Die Ulmer Daten stehen vermeintlich im Widerspruch zu Resultaten anderer Forschungsgruppen, die berichteten, dass IFITM-Proteine humane Coronaviren hemmen. 鈥濪ie scheinbaren Widerspr眉che lassen sich jedoch erkl盲ren鈥�, hebt Dr. Konstantin Sparrer hervor. Der Wissenschaftler leitet am eine BMBF-Nachwuchsgruppe und war an der Studie ebenfalls federf眉hrend beteiligt. 鈥濬r眉here Ergebnisse 鈥� die wir 眉brigens experimentell best盲tigen konnten 鈥� wurden unter sehr k眉nstlichen Bedingungen erzielt. So wurden beispielsweise die IFITMs artifiziell 眉berexprimiert und meist sogenannte Pseudovirionen verwendet鈥�, erl盲utert Kirchhoff und erg盲nzt 鈥濿enn jedoch Zellen aus relevanten menschlichen Geweben wie Lunge, Herz oder Darm mit richtigem SARS-COV-2 infiziert werden, erh枚hen IFITMs die virale Infektion und Produktion infekti枚ser Viren um mehrere Gr枚脽enordnungen. Dies konnten wir in unserer Studie ebenfalls zeigen.鈥�
SARS-CoV-2 tritt 眉ber das Spike-Protein mit den Transmembranproteinen in Wechselwirkung
F眉r die Studie, an der auch internationale Kooperationspartner und zahlreiche weitere Forschende der Ulmer 51本色smedizin beteiligt waren, wurden experimentelle Bedingungen genutzt, die eine gr枚脽ere physiologische Relevanz als die bisher verwendeten Systeme haben. So wurden unter anderem prim盲re Lungen-, Herz- und Darmzellen und auch Organoide verwendet. Bei schweren Verl盲ufen geh枚ren Lunge, Herz und Darm zu den Hauptzielen einer SARS-CoV-2-Infektion. Organoide sind k眉nstliche 3D-Miniorgane, die die reale Situation 鈥� beispielsweise im Darm 鈥� besser nachbilden als herk枚mmliche Zellkulturen.
Die Forscher fanden auch erste Hinweise auf den verst盲rkenden Mechanismus. 鈥濵it hochleistungsmikroskopischer Bildgebung und hochempfindlichen Interaktionstests konnten wir nachweisen, dass das Spike-Protein von SARS-CoV-2 mit den IFITMs interagiert und diese ausnutzt, was den Virus-Eintritt f枚rdert鈥�, bringen 鈥� Beide sind Erstautorinnen der Studie 鈥� die Ergebnisse auf den Punkt. Umgekehrt konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen, dass die Infektion weit weniger effizient abl盲uft, wenn die Produktion dieser Membranproteine experimentell unterdr眉ckt wird.
Das unerwartete Ergebnis, dass IFITMs Kofaktoren einer effektiven SARS-CoV-2-Infektion sind, hat auch therapeutisches Potential. 鈥濨lockiert man die IFITMs mit Antik枚rpern, hemmt dies die Infektion menschlicher Lungen-, Herz- und Darmzellen鈥�, berichten die Forschenden. Weiterhin hilft das Ergebnis zu erkl盲ren, wieso sich dieses Coronavirus so effizient ausbreiten kann: unter anderem indem es Interferon-induzierte Transmembranproteine, die normalerweise antiviral wirken, f眉r eigene Zwecke missbraucht.
Gef枚rdert wurde das Forschungsprojekt mit Geldmitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des Bundesministeriums f眉r Bildung und Forschung (BMBF) sowie der Sonderf枚rderma脽nahme Covid-19 des MWK. Das Projekt ist eingebettet im DFG-Sonderforschungsbereich 1279 鈥濶utzung des menschlichen Peptidoms zur Entwicklung neuer antimikrobieller und anti-Krebs Therapeutika鈥�.
Literaturhinweis:
IFITM proteins promote SARS-CoV-2 infection and are targets for virus inhibition in vitro
Caterina Prelli Bozzo, Rayhane Nchioua, Meta Volcic, Lennart Koepke, Jana Kr眉ger, Desiree Sch眉tz, Sandra Heller, Christina M. St眉rzel, Dorota Kmiec, Carina Conzelmann, Janis M眉ller, Fabian Zech, Elisabeth Braun, R眉diger Gro脽 , Lukas Wettstein , Tatjana Weil, Johanna Wei脽, Federica Diofano, Armando A. Rodr铆guez Alfonso, Sebastian Wiese, Daniel Sauter, Jan M眉nch, Christine Goffinet, Alberto Catanese, Michael Sch枚n, Tobias M. Boeckers, Steffen Stenger, Kei Sato, Steffen Just, Alexander Kleger, Konstantin M. J. Sparrer & Frank Kirchhoff, in: Nature Communications (2021) 12:4584
Weitere Informationen:
Dr. Konstantin Sparrer, E-mail: konstantin.sparrer(at)uni-ulm.de
Prof. Dr. Frank Kirchhoff, E-mail: frank.kirchhoff(at)uni-ulm.de