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Überwachung der ersten Phasen einer HIV-Infektion mittels Proteinsignaturen

Die EU-Forschung beschäftigt sich derzeit mit der Analyse von Proteinen, die das Humane Immundefizienzvirus (HIV) kapert, um eine neue Zelle mit eigenen Viruspartikeln zu infizieren. Dies könnte Grundlage neuer Therapien für die wachsende Anzahl infizierter Patientinnen und Patienten sein, die weltweit inzwischen bei etwa 37 Millionen liegt.

Gesundheit

Viren sind die perfekten Parasiten! Da Viren selbst nur sehr wenig genetisches Material besitzen (das HI-Virus etwa besteht nur aus RNA), greift es, sobald es in die Zelle eingedrungen ist, zur Vermehrung und Produktion eigener Proteine auf die Ressourcen des Wirts zurück. Die Forschergruppe des Projekts hRBP-virion entwickelte nun Methoden, um zelluläre Proteine (humane RNA-bindende Proteine, hRBP) und deren Interaktion mit viraler RNA zu identifizieren. „Wir wollen quasi ‚alle‘ an der Virusinfektion beteiligten hRBP finden und kombinieren hierfür eine neue Generation proteomischer Methoden mit Bioinformatik und funktionellen Analysen“, erläutert Alfredo Castello Palomares, Gruppenleiter am koordinierenden Institut der Universität Oxford. Über computergestützte Literaturrecherchen konnten von insgesamt fast 1 600 humanen RNA-bindenden Proteinen 472 mit dem Infektionsprozess assoziiert werden. Um die an der Infektion beteiligten RNA-bindenden Proteine zu finden, entwickelte die Forschergruppe mit RIC (RNA-Interactome-Capture) einen neuen experimentellen Ansatz für das „sichere“ virale System Sindbis. Mit der innovativen Methode gelang es, fast 250 RNA-bindende Proteine zu enthüllen, die in infizierten Zellen verändert sind. „Damit ist klar, wie das Virus in die Zellen eingreift, da viele dieser Proteine entweder zur Replikation oder zur Bekämpfung von Infektionen gebraucht werden“, betont Castello. Manuel Garcia-Moreno, Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiat der Forschungsgruppe, erklärt weiter: „Nachdem wir das System in Sindbis etabliert hatten, wandten wir uns dann dem wichtigen humanen HI-Virus zu.“

Beim Angeln nach humanen RNA-bindende Proteinen kommt es auf den richtigen Köder an

Neueren Studien zufolge findet die reverse Transkription, bei der aus RNA DNA entsteht, in der Kapsidhülle des HI-Virus statt. Die DNA des HI-Virus integriert sich dann in die DNA der Wirtszelle und kapert die zelluläre Transkriptionsmaschinerie, um eigene Viren zu reproduzieren. „Da die reverse Transkription in der Kapsidhülle erfolgt, müssen alle Proteine, die zur Herstellung von DNA aus RNA benötigt werden, bereits im Kapsid vorhanden sein. Dies betrifft nicht nur virale, sondern auch zelluläre Proteine“, wie Garcia-Moreno betont. Um zu testen, welche Proteine bei einer Infektion aktiv werden, passte das Forscherteam die in Sindbis entwickelte Methode an und untersuchten damit HIV-Partikel. Mit komplementären DNA-Sonden, die sich mit der viralen RNA paaren und damit als „Köder” dienen, konnte dann die RNA des HI-Virus zusammen mit anhängenden Proteinen „herausgeangelt“ werden. Offenbar sind 73 zelluläre Proteine reproduzierbar mit der viralen RNA in der HIV-Kapsidhülle verpackt. Um das Prinzip zu belegen, wurden vier dieser Proteine mittels CRISPR/cas9 aus menschlichen Zellen entfernt, was ihre entscheidende Rolle beim HIV-Infektionsprozess belegte.

Molekulare Mechanismen der HIV-Infektion als Ansatz für neue Therapien

„Nachdem die für Infektion und Replikation unverzichtbaren Proteine dingfest gemacht sind, wollen wir herausfinden, welche Proteine aktiv oder passiv in die Virionen eingebaut werden, und wie diese dann die Infektion regulieren“, erklärt Garcia-Moreno. Die Arbeit wurde in Form begutachteter Beiträge veröffentlicht: „Unconventional RNA‐binding proteins step into the virus–host battlefront“ und „System-wide Profiling of RNA-Binding Proteins Uncovers Key Regulators of Virus Infection“. Für die weitere Laborforschung wirbt das Wissenschaftlerteam aktiv Fördergelder ein, etwa Unterstützung durch den MRC und den ERC. Castello fasst die künftigen Pläne so zusammen: „Wir werden auf den Ergebnissen von hRBP-virion in Nachfolgeprojekten aufbauen, um auf längere Sicht patentierte Therapien zum Wohle der HIV-Patienten zu entwickeln.“

Schlüsselbegriffe

hRBP-virion, Proteine, Infektion, RNA, HIV, Virus, hRBP, DNA, RNA-bindende Proteine, Sindbis, molekular

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5 Januar 2021