Zika-Viren bauen Wirtszellen zu „Virus-Fabriken“ um

Wie das Zika-Virus die Kontrolle über Zellorganellen menschlicher Leberzellen und Nerven-Stammzellen übernimmt, zeigten Wissenschaftler der Abteilung „Molekulare Virologie“ am Zentrum für Infektiologie des Universitätsklinikums Heidelberg mit Licht- und Elektronenmikroskopie.

Dabei stellten sie fest, dass die beiden bekannten Stämme des Virus ihre Wirtszellen so umbauen, dass darin „Fabriken“ zur Vermehrung der Krankheitserreger entstehen. „Diese Strukturen entsprechen denjenigen, die wir bereits vom fieberauslösenden Dengue-Virus kennen. Beide Virus-Arten sind extrem nah verwandt“, sagt Prof. Ralf Bartenschlager, Direktor der Abteilung „Molekulare Virologie“ und Senior-Autor der neuen Studie.

Wie das Dengue-Virus kapert das Zika-Virus das sogenannte Endoplasmatische Reticulum, ein mit dem Zellkern verbundenes Membransystem, in dem Eiweiße entstehen. Die Viren nisten sich dort ein, vermehren ihr Erbgut in geschützten Membranbläschen, die sie am Endoplasmatischen Reticulum hervorrufen und bilden über verschiedene Zwischenschritte neue, fertig verpackte Nachkommen.

Das Besondere am Zika-Virus ist jedoch, dass es außerdem auf einzigartige Weise das „innere Gerüst“ der Zelle – das sogenannte Zytoskelett – umgestaltet. Die Bestandteile des Zytoskeletts haben vielfältige Aufgaben: Sie kontrollieren beispielsweise Form, Wachstum und Bewegung der Wirtszellen, sorgen für mechanischen Halt und koordinieren Transportvorgänge in der Zelle. „Zika-Virusinfektionen verursachen eine drastische Störung dieses Netzwerkes in den Zellen. Sie verwandeln die normalerweise locker verteilten Elemente in eine Art Käfig, der ihre Vermehrungszentren umgibt“, so Bartenschlager.

Das Zytoskelett – ein unfreiwilliger Helfer der Zika-Viren?

Die interessante Frage für die Forscher ist nun, wozu dieser zellinnere Umbau eigentlich dient. Handelt es sich um eine reine Verdrängung der Zellorganellen durch das Wachstum der „Virus-Fabriken“? Prof. Ralf Bartenschlager vermutet, dass mehr dahinter steckt: „Wir nehmen an, dass das Zytoskelett eine aktive Rolle bei der Vermehrung der Viren spielt. Es könnte zum Beispiel bestimmte Stoffe transportieren, die die Viren benötigen. Möglich wäre auch eine Art Schutzfunktion vor Angriffen durch das körpereigene Immunsystem, das die Zelle überwacht und fremdes Erbgut zerstört.“

Das Zika-Virus ist bereits seit 1947 bekannt, geriet aber erst im Jahr 2015 in den Fokus der weltweiten Aufmerksamkeit, als ein Zusammenhang von Zika-Virusinfektionen und Schädigungen von Neugeborenen in Lateinamerika hergestellt wurde. Zika-Viren infizieren nur bestimmte Zelltypen, unter anderem die Vorläufer von Nervenzellen in Embryonen. „Das Zytoskelett hat eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Nervenzellen“, sagt Dr. Mirko Cortese, Erstautor der Studie. „Möglicherweise stehen die durch das Zika-Virus im Zytoskelett ausgelösten Veränderungen in einem Zusammenhang mit der Mikrozephalie und den neurodegenerativen Störungen, die bei einer angeborenen Zika-Virusinfektion vorliegen.“

Ein Krebsmedikament hemmt in Zellkultur die Vermehrung der Viren

Die Forscher wollen nun in Tiermodellen untersuchen, ob bestimmte Medikamente, die die Aktivität des Zytoskeletts hemmen, auch gegen Zika-Viren wirken. Im Fokus stehen hier Substanzen wie Paclitaxel aus der Rinde von Eiben, das eigentlich zur Behandlung verschiedener Krebsarten eingesetzt wird und auch in der Spätphase der Schwangerschaft sowie während des Stillens eingenommen werden kann. „In unseren Zellkulturen hat sich bereits gezeigt, dass es eine Verbindung zwischen der Dynamik des Zytoskeletts und der Zika-Virus-Vermehrung gibt. Wir hoffen daher, dass wir neue Wege für eine Behandlung identifizieren können“, sagt Ralf Bartenschlager.

Prof. Ralf Bartenschlager forscht und lehrt seit 2002 an der Universität Heidelberg und wurde für seine Forschungen wiederholt ausgezeichnet. So erhielt er 2016 den Lasker-DeBakey-Preis – die höchste Auszeichnung der USA für klinisch-medizinische Forschung – und vor wenigen Wochen den mit 150.000 Euro dotierten Wissenschaftspreis der Hector Stiftung.

Kontakt:
Prof. Dr. Ralf Bartenschlager
Universität Heidelberg
+49 (0) 6221 564225
Ralf.Bartenschlager@med.uni-heidelberg.de

Literatur:
Cell Reports, Cortese et al.: “Ultrastructural characterization of Zika virus replication factories” http://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(17)30179-1 DOI: 10.1016/j.celrep.2017.02.014

https://www.klinikum.uni-heidelberg.de/Molekulare-Virologie.5926.0.html Molekulare Virologie am Zentrum für Infektiologie des Universitätsklinikums Heidelberg
https://www.klinikum.uni-heidelberg.de/Molecular-Virology.104862.0.html Molecular Virology
http://www.dzif.de/ Deutsches Zentrum für Infektionsforschung
http://www.cell.com/cell-reports Cell reports