Das Ende 2019 erstmals identifizierte neue Coronavirus SARS-CoV-2 hat sich seitdem weltweit ausgebreitet und die COVID-19-Pandemie ausgelöst, von der Millionen von Menschen betroffen waren. Während die Länder mit den gesundheitlichen, sozialen und wirtschaftlichen Folgen zu kämpfen haben, arbeiten Wissenschaftler auf der ganzen Welt unermüdlich daran, das Virus besser zu verstehen und wirksame Behandlungsmethoden und Impfstoffe zu entwickeln.
In einer aktuellen Studie haben Forscherinnen und Forscher der EPFL die Existenz eines neuen Mechanismus aufgedeckt, mit dem SARS-CoV-2 seine Infektiosität erhöht. Die Studie befasst sich mit dem berühmten Spike-Protein des Virus, das es ihm ermöglicht, in menschliche Zellen einzudringen und sie zu infizieren.
Die in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichten Forschungsergebnisse wurden von Francisco S. Mesquita und Laurence Abrami aus dem Team von Gisou van der Groot an der Fakultät für Biowissenschaften der EPFL durchgeführt.
Wenn SARS-CoV-2 einen Wirt infiziert, manipuliert es dessen Zellfunktion, um ein Enzym zu verändern, das die Fähigkeit des Spike-Proteins verstärkt, in andere Zellen einzudringen. Dieses Enzym, abgekürzt ZDHHC20, markiert normalerweise Proteine mit einem kleinen Fettmolekül, das ihre Funktion verändert.
Bei einer Infektion übernimmt das Virus jedoch die Kontrolle über das Enzym ZDHHC20. "In unseren früheren Arbeiten haben wir das Enzym entdeckt, das das Spike-Protein von SARS-CoV-2 modifiziert, indem es Lipide hinzufügt, was für das Virus entscheidend ist, um mit den Zielzellen zu verschmelzen", sagt Gisou van der Goot. Heute zeigen wir, dass das Virus tatsächlich eine Optimierung des Enzyms auslöst, indem es eine Veränderung der Transkription seines Gens herbeiführt."
Bei der Analyse der Auswirkungen von SARS-CoV-2 auf das Gen(zdhhc20) stellten die Forscherinnen und Forscher fest, dass das Virus eine Veränderung seiner transkriptionellen Startstelle auslöst, d. h. des Teils eines Gens, an dem der Prozess des "Ablesens" beginnt, um es in ein Protein umzuwandeln.
Durch die Untersuchung von Zellen im Labor und von lebenden Organismen bestätigten sie, dass diese "Transkriptionsänderung" ein Enzym mit 67 zusätzlichen Aminosäuren hervorbringt. Das reicht aus, um seine Aktivität, Lipide an das Spike-Protein anzuhängen, um das 37-fache zu erhöhen, was zu einem starken Anstieg der viralen Infektiosität führt.
Das Team setzte außerdem metabolische Markierung, Western Blot und Immunfluoreszenz ein, um die Proteine zu visualisieren und zu quantifizieren und sich einen Überblick über die Strategie zur Manipulation des Virus zu verschaffen.
Bei ihren weiteren Untersuchungen fanden die Forscherinnen und Forscher heraus, dass diese Veränderung der transkriptionellen Gen-Startstelle etwas zu sein scheint, was Zellen normalerweise als Reaktion auf Stress oder Schwierigkeiten tun - im Fall der Studie eine chemisch induzierte Kolitis. Das bedeutet, dass SARS-CoV-2 einen bereits bestehenden Weg der Reaktion auf Zellschäden umleitet, um infektiösere Viren zu erzeugen.
Diese Entdeckung verdeutlicht die vom SARS-CoV-2 verwendete Strategie zur Verstärkung seiner Infektiosität und bietet damit ein Modell für potenzielle Behandlungsmethoden. Sie legt nahe, dass andere Viren ähnliche Strategien zur Kooptation der Wirtsabwehr nutzen könnten. Darüber hinaus deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die vom Virus verwendete zelluläre Antwort eine allgemeine Reaktion auf verschiedene Stressfaktoren sein könnte, was die Schlussfolgerungen der Studie über die Virusinfektion hinaus erweitert.
