Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie infektiöse Spumaviren aus Wirtszellen entstehen

16.05.2011
Neue Erkenntnisse über das Zusammenwirken von Erbgut und Enzymen in Spumaviren haben Prof. Dr. Birgitta Wöhrl und Dr. Maximilian Hartl, Lehrstuhl für Biopolymere an der Universität Bayreuth (Leitung: Prof. Dr. Paul Rösch), gemeinsam mit Biomedizinern der Universität Würzburg erzielt. In der jüngsten Ausgabe des "Journal of Virology" stellen sie ihre Forschungsarbeiten vor.

Spumaviren: nicht-pathogen und für die Gentherapie interessant

Weltweit arbeitet die biomedizinische Forschung an Verfahren, die geeignet sind, fehlende Gene zu ergänzen, defekte Gene zu ersetzen oder zumindest die Folgen derartiger Schäden zu kompensieren. Dabei wächst das Interesse an den Spumaviren, die auch als Foamyviren bezeichnet werden und deshalb so heißen, weil sie in Zellkulturen ein schaumiges Aussehen entwickeln. Bisher ist kein Krankheitsbild bekannt, das seine Ursache in einer Infektion mit diesen Viren hätte. Daher verfolgt man mit zunehmender Intensität Forschungsansätze, die Spumaviren nutzen wollen, um Gene zu therapeutischen Zwecken in menschliche Zellen einzuschleusen. Dass Spumaviren nicht-pathogen sind, ist umso überraschender, als es sich bei ihnen um Retroviren handelt. Zu dieser Virenklasse gehören andererseits auch einige hochgradig krankheitserregende Viren.

Proteine in der Wirtszelle: verkettet und inaktiv

Wie alle Viren können sich auch Spumaviren nur dadurch vermehren, dass sie in Zellen eines lebenden Organismus – die sogenannten Wirtszellen – eindringen. Sobald die Infektion gelungen ist, wird das im Viruskern enthaltene Erbgut freigesetzt und in das Erbgut der infizierten Zelle eingeschleust. In der Folge vermehrt die Zelle das virale Erbgut. Gleichzeitig werden alle Proteine hergestellt, die für den Zusammenbau eines neuen Virus notwendig sind.

Diese Proteine sind bei ihrer Entstehung miteinander verkettet. In der Regel sind es zwei oder drei Proteine, die wie die Glieder einer Kette verbunden sind. In dieser Form aber können sie keine biochemischen Funktionen erfüllen. Deshalb müssen die kleinen Proteinketten – die Forschung bezeichnet sie als virale Vorläuferproteine – aufgetrennt werden. Dafür wird ein Enzym, eine sogenannte Protease, benötigt. In einem inaktiven Zustand wartet sie darauf, bei der Spaltung der Proteinketten zum Einsatz zu kommen.

Die virale RNA: Operationsbasis für spaltende Enzyme

An diesem Punkt setzen die Forschungen von Prof. Dr. Birgitta Wöhrl und Dr. Maximilian Hartl an. Ihnen ist es gemeinsam mit Biomedizinern der Universität Würzburg gelungen, einen bisher unbekannten biochemischen Prozess zu entdecken und im Detail wissenschaftlich zu beschreiben. Mit dem Ziel, die kleinen Proteinketten aufzutrennen, schließen sich jeweils zwei Moleküle der Protease paarweise zusammen. Erst in dieser Kombination werden sie aktiv und wirken wie die Klingen einer Schere: Die Protease zerschneidet die Vorläuferproteine in separate Abschnitte, die nun ein neues infektiöses Virus bilden können.

Dieser Vorgang hat, wie das Bayreuther Forschungsteam ebenfalls nachweisen konnte, eine wesentliche Voraussetzung: Damit zwei Proteasemoleküle sich zu einer derartigen Schere zusammenschließen können, müssen sie in direkter Nachbarschaft auf dem RNA-Strang Platz nehmen, der das Erbgut des neu entstehenden Virus bildet. Andernfalls hätte die scherenartige Verbindung der beiden Moleküle nicht die erforderliche Stabilität, oder sie würde gar nicht erst zustande kommen. Die virale RNA ist daher eine unverzichtbare Operationsbasis für die aktive Protease. Nur so kann der enzymgesteuerte Prozess, der die viralen Vorläuferproteine aufspaltet, geordnet und vollständig bis zum Ende ablaufen. Bei allen anderen Retroviren verhält es sich anders. Bei ihnen ist die RNA an diesem Prozess in keiner signifikanten Weise beteiligt.

Die Integrase: unverzichtbar für den Einbau des Erbguts in eine DNA

Die auf der RNA platzierten Protease-Moleküle sind an ihren Enden mittelbar mit den Molekülen eines anderen Enzyms verbunden, der sog. Integrase. Dieses Enzym wird später eine entscheidende Funktion übernehmen, wenn nämlich das neu entstandene infektiöse Virus seinerseits in eine Wirtszelle eindringen wird. Denn das Erbgut des Virus kann nur mit Hilfe der Integrase in die DNA einer Wirtszelle eingebaut werden. Um diese Aufgabe erfüllen zu können, müssen die Moleküle der Integrase so angeordnet sein, dass sie sich in räumlicher Nachbarschaft aneinander lagern.

Damit ein solcher Verbund entstehen kann, ist die auf der RNA platzierte Protease ebenfalls unentbehrlich. Denn die Protease-Moleküle erfüllen auch hier ihre Scherenfunktion: Wechselseitig spalten sie die Integrase-Moleküle ab. Erst dieser Vorgang bewirkt, dass sich die „befreiten“ Integrase-Moleküle im neu entstehenden Virus richtig aneinander lagern können. Die Bayreuther Forscher vermuten, dass auch diese räumliche Anordnung der Integrase nur zustande kommen kann, weil die Protease in relativ stabiler Form auf dem RNA-Strang positioniert ist.

Reverse Transkription: Von der RNA zur DNA

Für die Spumaviren ist es im Unterschied zu allen anderen Retroviren charakteristisch, dass die RNA in DNA umgeschrieben wird, kurz bevor ein neues infektiöses Virus die Wirtszelle verlässt. Spumaviren sind daher DNA-haltig. Dies gilt in analoger Weise, wenn Spumaviren im Rahmen einer Gentherapie genutzt werden, um Erbmaterial in die krankhaft beschädigte DNA einer Zelle einzuschleusen. Innerhalb dieser Zelle muss dann keine Transkription von viraler RNA in DNA mehr stattfinden. Zudem ist die DNA im Virus sehr viel stabiler als eine vergleichbare RNA. Auch diese Besonderheit macht die Spumaviren für einen Einsatz in der Gentherapie attraktiv.

Perspektiven für die Anwendungsforschung

Die Wissenschaftler am Bayreuther Lehrstuhl für Biopolymere wollen ihre Forschungen weiterführen, um noch tiefer in die Strukturen und Prozesse von Spumaviren vorzudringen. "Wir vertrauen darauf, dass die so gewonnenen Einsichten eines Tages dazu beitragen können, effektive gentherapeutische Verfahren zu entwickeln, die frei sind von gravierenden Nebenwirkungen," erklärt Prof. Dr. Birgitta Wöhrl. "Intensive Grundlagenforschung ist in diesem Bereich unverzichtbar. Nur dadurch gewinnen wir die Erkenntnisse, auf die eine solide Anwendungsforschung und ein verantwortungsbewusster Einsatz in der Medizin angewiesen sind."

Ausführlichere Darstellung mit 2 Abbildungen (S. 5 bis 7):
http://www.uni-bayreuth.de/blick-in-die-forschung/10-2011.pdf
Veröffentlichung:
Maximilian J. Hartl, Jochen Bodem, Fabian Jochheim, Axel Rethwilm, Paul Rösch, and Birgitta M. Wöhrl,
Regulation of Foamy Virus Protease Activity by Viral RNA: a Novel and Unique Mechanism among Retroviruses
in: The Journal of Virology, May 2011, Vol. 85, No. 9, pp. 4462-4469
DOI-Bookmark: 10.1128/JVI.02211-10
Ansprechpartner für weitere Informationen:
Prof. Dr. Birgitta Wöhrl
Lehrstuhl für Biopolymere
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 55-3542
E-Mail: birgitta.woehrl@uni-bayreuth.de
Dr. Maximilian Hartl
Lehrstuhl für Biopolymere
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 55-3869
E-Mail: maximilian.hartl@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de/blick-in-die-forschung/10-2011.pdf

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterien aus dem Blut «ziehen»
07.12.2016 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle
07.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

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: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Das Universum enthält weniger Materie als gedacht

07.12.2016 | Physik Astronomie

Partnerschaft auf Abstand: tiefgekühlte Helium-Moleküle

07.12.2016 | Physik Astronomie

Bakterien aus dem Blut «ziehen»

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie