Fluoreszenzverfolgung von Viren deckt die Infektiosität von Gelbfieber- und Zikaviren auf
Eine Infektion mit dem Flavivirus beginnt mit der Internalisierung des Viruspartikels in die Zellvesikel, auch Endosomen genannt. Nach Verschmelzung mit der Membran des Virus wird das virale Genom in das Zytoplasma der Zelle freigesetzt und die Virusreplikation beginnt. An diesem Punkt wird die Infektion erkannt und die zelluläre Reaktion setzt ein. Die genaue In-vivo-Dynamik und die Wechselwirkung mit dem Wirt verbleiben jedoch unklar. Daher werden quantitative und hochauflösende Bildgebungsmethoden benötigt.
Superauflösende Mikroskopie zeigt Viruseintritt in die Zelle
Mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen entwickelte das Projekt FLAVIC DYNAMICS eine Methode zur Markierung von viralen Bestandteilen, mit der die Infektion der Zelle mit Flaviviren, wie dem West-Nil-, Dengue-, Zika- und Gelbfiebervirus, verfolgt werden kann. „Unser Ziel war es, den Infektionsprozess mit dem Gelbfiebervirus als Modell aufzugliedern und die Rolle der verschiedenen zellulären und viralen Bestandteile zu beschreiben“, erklärt Projektkoordinatorin Giovanna Barba-Spaeth. Der promovierte Forschungsstipendiat João Freire verwendete eine Kombination aus Fluoreszenzfarbstoffen zur Markierung der Oberfläche des Virus, lipophile Fluoreszenzfarbstoffe zur Markierung der Virusmembran sowie RNS-spezifische Farbstoffe zur Markierung des viralen Genoms. In Zusammenarbeit mit Christophe Zimmer konnte er die Flaviviren durch superauflösende Techniken wie photoaktivierte Lokalisationsmikroskopie, die eine Auflösung von bis zu 20 nm erreichen kann, sichtbar machen. Die Wissenschaftler verfolgten einzelne Viruspartikel, um die Eintrittskinetik des Virus in die Wirtszelle zu überwachen. Ein Vergleich zwischen der Eintrittskinetik des Wildtyps des Gelbfiebervirus und des abgemilderten Impfstamms 17D deutete darauf hin, dass die Mutation im Protein E, dem hauptsächlichen Protein der Virushülle, dazu führt, dass die beiden Viren in verschiedenen endozytotischen Kompartimenten verschmelzen. Das bedeutet, dass ihre Gegenwart von der Zelle auf andere Weise erkannt wird, was möglicherweise Folgen für die nachgelagerte Stimulation der Immunantwort hat. In Anbetracht des Infektionswegs des Zikavirus identifizierte das Forschungsteam in Zusammenarbeit mit Chiara Zurzolo einen alternativen Übertragungsweg zwischen Zellen durch tunnelförmige Nanoröhren, Zellausbuchtungen, die benachbarte Zellen miteinander verbinden.
Klinische Bedeutung der Ergebnisse von FLAVIC DYNAMICS
Die Ergebnisse des Projekts FLAVIC DYNAMICS liefern neue Erkenntnisse über die molekularen Mechanismen, die zu einer Immunogenität des Gelbfieberimpfstoffs führen. Das könnte auch eine Grundlage für die Abschwächung anderer krankheitserregender Flaviviren, für die kein Impfstoff verfügbar ist, bieten. 2016 zog das Zikavirus die Aufmerksamkeit der Massenmedien auf sich, da es mit Mikrozephalie bei Neugeborenen in Verbindung gebracht wird. Noch ist unklar, wie genau der Virus vertikal von der schwangeren Frau auf den Fötus übertragen wird. Die Entdeckung, dass der Virus durch den Zellkontakt zwischen verschiedenen Zelltypen und Geweben übertragen werden kann, stellt einen wichtigen Durchbruch dar. Das weist auf einen viralen Tropismus und Pathogenität hin und der Virus kann seine Infektiosität gegenüber nicht permissiven Zellen erhöhen. „Das deutet auch darauf hin, dass dieser Übertragungsweg den Virus vor dem Eingriff zirkulierender, neutralisierender Antikörper schützt“, betont Barba-Spaeth. Dies hat tiefgreifende Folgen für die antivirale Therapie, da Strategien zur Blockierung zirkulierender Viren neu überdacht werden müssen. Für die Zukunft hat sich das Projekt unter anderem vorgenommen, strukturelle Faktoren zu untersuchen, die ursächlich für die unterschiedliche Infektionskinetik des Wildtyps des Gelbfiebervirus und des Impfstoffs sind. Es wird erwartet, dass dieser Ansatz zu einem Entwurf für Flavivirusimpfstoffe führt und die Erforschung von Strategien zur Eliminierung des Virus voranbringt. Im obenstehenden Bild sind menschliche Zellen in Rot und Blau dargestellt. Sie sind mit dem Zikavirus infiziert, hier in Grün.
Schlüsselbegriffe
FLAVIC DYNAMICS, Zikavirus, Gelbfiebervirus, Flavivirus, Endosom, photoaktivierte Lokalisationsmikroskopie