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Gekrümmtes Gitter aus Proteinen

13.07.2009
Dreidimensionale Bilder unreifer HI-Viren mit hoher Auflösung / Heidelberger Wissenschaftler veröffentlichen online in PNAS

Protein für Protein zum infektiösen Aids-Virus - Ein dreidimensionales Computermodell unreifer HIV-Partikel im Nanometerbereich haben Wissenschaftler des European Molecular Biology Laboratory (EMBL) und des Universitätsklinikums Heidelberg mit Hilfe der hochauflösenden Kryo-Elektronentomographie erstellt:

Es zeigt die Gitterstruktur der Viren auf Proteinebene mit bisher nicht erreichter Auflösung und liefert eine Begründung, wie die Krümmung des kugeligen Proteingitters erreicht wird. Ein genaues Verständnis dieses Reifungsprozesses könnte neue Ansätze für zukünftige Therapien gegen AIDS eröffnen. Die Arbeit wurde online in der renommierten Fachzeitschrift "Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America" (PNAS) veröffentlicht.

Befällt der Aids-Erreger HIV das Immunsystem, so programmiert er diese auf "Virusvermehrung" um. Dazu schleusen sie ihr Erbgut mit allen notwendigen Informationen in die Zelle ein: Von nun an vervielfältigen die Zellen das Erbgut des AIDS-Erregers und produzieren Bausteine der Virushülle, wie das Eiweiß Gag. Die Gag-Proteine bilden um das Erbmaterial des Virus herum eine kugelförmige Gitterstruktur. Schließlich verlassen die neu gebildeten Viren mit Hilfe zelleigener Proteine die Zelle.

Kugelförmige Wabenstruktur mit Löchern

Wie dieses Gitter aus Gag-Proteinen aussieht und wie aus einer flachen Wabenstruktur eine Kugel gebildet wird, rekonstruierten die Teams um Dr. John Briggs, Forschungsgruppe Structural and Computational Biology am EMBL, und Professor Dr. Hans-Georg Kräusslich, Geschäftsführender Direktor des Hygiene-Instituts am Universitätsklinikum Heidelberg, aus hochauflösenden elektronenmikroskopischen Bildern. Normalerweise ist eine sechseckige Wabenstruktur flach und weist keine Krümmung auf. Die Gag-Proteine lagern sich jedoch selbständig zu einer gekrümmten Wabenstruktur zusammen. Dadurch entsteht in dem Proteingitter Stress, der durch Löcher im Gitter ausgeglichen wird. Auf diese Weise entsteht eine kugelige Wabenstruktur mit unregelmäßig angeordneten Löchern. Dieser sehr einfache Vorgang spielt möglicherweise eine Rolle für die hohe Toleranz des Virus für genetische Veränderungen. Im weiteren Verlauf werden die Gag-Proteine enzymatisch gespalten, es entsteht das reife, infektiöse Virus mit intakter Schutzhülle.

Nun wollen die Heidelberger Wissenschaftler ihr Strukturmodell noch weiter verfeinern und weitere Details des Protein-Gitters aufdecken: "Je besser wir den Bildungs- und Reifungsprozess von HIV verstehen, desto eher können wir Schwachstellen ausfindig machen und als Angriffspunkte für gezielte Therapien nutzen", sagt Professor Kräusslich.

Kryo-Elektronentomographie erlaubt Momentaufnahmen auf Nanoebene

Momentaufnahmen der molekularen Vorgänge 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 Zell- bzw. Virusbestandteile erhalten. Die Untersuchungsobjekte bleiben unverfälscht - chemische Vorbehandlungen, Anfärben oder Schnitte sind nicht notwendig. Im Elektronenmikroskop wird das Objekt aus verschiedenen Richtungen durchstrahlt; ein dreidimensionales Struktur-Modell mit einer Auflösung von wenigen Nanometern, also Millionstel Millimetern, entsteht.

Weitere Informationen:
www.klinikum.uni-heidelberg.de/virologie
Literatur:
J. A. G. Briggs, J. D. Riches, B. Glass, V. Bartonova, G. Zanetti and H.-G. Kräusslich: Structure and assembly of immature HIV. PNAS 2009 106:11090-11095; published online before print June 22, 2009.

DOI:10.1073/pnas.0903535106

Ansprechpartner:
Hans-Georg Kräusslich
Abteilung Virologie
Universitätsklinikum Heidelberg
Im Neuenheimer Feld 324
Tel: 06221 / 56 50 01
E-Mail: Hans-Georg_Kraeusslich@med.uni-heidelberg.de
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