Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Aufs Detail geschaut: Neue Einblicke in den Aufbau von HIV

03.11.2014

Heidelberger Wissenschaftler veröffentlichen in Nature

Wie lagern sich die Strukturproteine des Aids-Erregers HIV zu einer vollständigen Virushülle zusammen? Der Antwort auf diese Frage sind Wissenschaftler des European Molecular Biology Laboratory (EMBL) und des Universitätsklinikums Heidelberg mit Hilfe der hochauflösenden Kryo-Elektronentomographie nun etwas näher gekommen.


Die unreifen Formen des HI-Virus (Mitte) und des Mason-Pfizer Monkey Virus (links) unterscheiden sich. Bis das HI-Virus reif und damit infektiös wird, formt sich die Struktur nochmal um (rechts).

EMBL / F. Schur

Sie bildeten das Proteingitter vollständiger, unreifer HI-Viren in einer so hohen, bisher nicht erreichten Auflösung ab, dass die einzelnen Bausteine und ihre Kontakte erstmals deutlich zu erkennen sind. Die neuen Erkenntnisse zur Architektur der Virushülle sind heute online in der Fachzeitschrift „Nature“ erschienen.

„Je besser wir den Bildungs- und Reifungsprozess von HIV verstehen, desto eher können wir Schwachstellen ausfindig machen und als Angriffspunkte für Therapien nutzen“, sagt Professor Dr. Hans-Georg Kräusslich, Direktor des Zentrums für Infektiologie am Universitätsklinikum Heidelberg und einer der Autoren der Veröffentlichung.

Verflechtungen der Proteine anders als angenommen

Der Aufbau des Proteingitters überraschte die Experten: „Die Struktur ist anders als erwartet“, so Dr. John Briggs, Leiter der Forschungsgruppe am EMBL, in der diese Arbeiten durchführt wurden. Die Wissenschaftler gingen davon aus, dass die Hülle von HIV ähnlich aufgebaut sei wie die des ebenfalls von der Arbeitsgruppe um Briggs erforschten und mit HIV verwandten Mason-Pfizer Monkey Virus, da die Protein-Komponenten sich sehr ähneln. „Die unreifen Formen der Viren unterscheiden sich aber. Momentan wissen wir noch nicht, warum“, so Dr. Briggs.

Infizieren Humane Immundefizienz-Viren Zellen des menschlichen Immunsystems, so programmieren sie diese auf "Virusvermehrung" um: Dazu schleusen die HI-Viren ihr Erbgut mit allen notwendigen Informationen in den Zellkern ein. Von nun an vervielfältigen die Zellen das Erbgut des Aids-Erregers und produzieren Bausteine der Virushülle, wie das Eiweiß Gag. Noch innerhalb der Wirtszelle lagern sich die Gag-Proteine selbstständig zu einer kugelförmigen Gitterstruktur zusammen, die das Erbgut des Virus umschließt. Beim Verlassen der Zelle umgeben sich die neu gebildeten, noch unreifen Viren mit einem Teil der Zellhülle. Zuletzt wird das Gitter aus Gag-Proteinen nochmals umgebaut; erst nach dieser „Reifung“ sind die Viren infektiös.

Wie sich die einzelnen Gag-Proteine im Detail zur kugeligen Gitterstruktur einer intakten Virenhülle verbinden – ein entscheidender Prozess für die Ausbreitung der Infektion im Körper –, untersuchen die Heidelberger Wissenschaftler bereits seit den 1990er Jahren mittels der Kryo-Elektronenmikroskopie. Die Viren, aufgereinigt und unschädlich gemacht, stammen aus dem Labor von Professor Kräusslich, der mit seinem Team die Mechanismen der HIV-Vermehrung und -Ausbreitung erforscht.

Die Arbeitsgruppen Briggs und Kräusslich kooperieren bereits seit längerem erfolgreich im Rahmen der Molecular Medicine Partnership Unit (MMPU) zwischen EMBL und Universitätsklinikum. 2009 ging aus dieser Zusammenarbeit das erste dreidimensionale Computermodell unreifer HIV-Partikel im Nanometerbereich hervor, das die Gitterstruktur der Viren auf Proteinebene zeigte und erklärte, wie aus der ursprünglich flachen Wabenstruktur der Gag-Proteinen die kugelige Virenhülle entstehen kann.

Blick auf molekulare Ebene erleichtert Suche nach Schwachstellen

Inzwischen haben sich Mikroskopietechnik und Datenanalyse weiter entwickelt und erlauben den Blick auf immer kleinere Details. „Dieser Ansatz eröffnet uns viele neue Möglichkeiten“, sagt Erstautor Florian Schur, Doktorand bei John Briggs. So lassen sich in Zukunft nicht nur verschiedene Viren, sondern auch die molekularen Wirkmechanismen von Virus-Hemmstoffen sowie Zielstrukturen für neue Medikamente besser untersuchen. „Einer der nächsten Schritte wird es sein, die Kontaktstellen der Gag-Proteine innerhalb des Gitters genauer unter die Lupe zu nehmen und z.B. herauszufinden, wie man diese unterbrechen und damit die Vermehrung des Virus in den Zellen stören kann“, so Kräusslich

Molekulare Einblicke sind in dieser Form nur mit der Kryo-Elektronentomographie möglich: Durch das blitzartige Einfrieren auf minus 196 Grad Celsius bleibt die räumliche Struktur und Anordnung der Virusbestandteile erhalten. Im Elektronenmikroskop wird das Objekt aus verschiedenen Richtungen durchstrahlt. Die Aufnahmen aus verschiedenen Blickwinkeln ergeben zusammen ein dreidimensionales Struktur-Modell mit einer Auflösung von weniger als einem Nanometer, also einem Millionstel Millimeter.

Literatur:
Schur, F.K.M., Hagen, W.J.H., Rumlová, M., Ruml, T., Müller, B., Kräusslich, H. & Briggs, J.AG. The structure of the immature HIV-1 capsid in intact virus particles at 8.8 Å resolution. Published online in Nature, 2 November 2014. DOI: 10.1038/nature13838.

Briggs, J.A.G., J.D. Riches, B. Glass, V. Bartonova, G. Zanetti, and H.-G. Kräusslich. 2009. Structure and assembly of immature HIV. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 106: 11090-95.

Fuller, S.D., T. Wilk, B.E. Gowen, H.-G. Kräusslich and V.M. Vogt. 1997. Cryo-electron microscopy reveals ordered domains in the immature HIV particle. Curr. Biol. 7: 729-738.

Universitätsklinikum und Medizinische Fakultät Heidelberg
Krankenversorgung, Forschung und Lehre von internationalem Rang

Das Universitätsklinikum Heidelberg ist eines der bedeutendsten medizinischen Zentren in Deutschland; die Medizinische Fakultät der Universität Heidelberg zählt zu den international renommierten biomedizinischen Forschungseinrichtungen in Europa. Gemeinsames Ziel ist die Entwicklung innovativer Diagnostik und Therapien sowie ihre rasche Umsetzung für den Patienten. Klinikum und Fakultät beschäftigen rund 13.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und engagieren sich in Ausbildung und Qualifizierung. In mehr als 50 klinischen Fachabteilungen mit ca. 2.200 Betten werden jährlich rund 116.000 Patienten voll- bzw. teilstationär und rund 1.000.000 mal Patienten ambulant behandelt. Das Heidelberger Curriculum Medicinale (HeiCuMed) steht an der Spitze der medizinischen Ausbildungsgänge in Deutschland. Derzeit studieren ca. 3.500 angehende Ärztinnen und Ärzte in Heidelberg.


Weitere Informationen:

http://www.embl.de/aboutus/communication_outreach/media_relations/2014/141102_Heidelberg/index.html  “Same pieces, different picture”: Pressemitteilung des EMBL in englischer Sprache
http://www.youtube.com/watch?v=eARxfwmoOC0&feature=youtu.be  Video “Immature HIV structure – the tour” (Quelle: EMBL)
http://www.klinikum.uni-heidelberg.de/Virology.4722.0.html  Zentrum für Infektiologie, Virologie
http://www.embl.de/index.php  European Molecular Biology Laboratory (Webseite in Englisch)

Julia Bird | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie