Wie SARS-Coronaviren die menschliche Zelle zum eigenen Vorteil nutzen

Das SUD-Protein des SARS-Coronavirus (orange) bildet einen Komplex mit dem menschlichen Protein Paip-1 (hellblau). Die besonders stark wechselwirkenden Elemente der beiden Proteine sind grün (SUD) bzw. violett (Paip-1) dargestellt. ©J. Lei et al., 2021 / EMBO Journal

Seit mehr als 50 Jahren sind Coronaviren bekannt, die beim Menschen harmlose Erkältungskrankheiten auslösen. Mit dem SARS-Coronavirus trat 2002/2003 erstmals eines auf, welches bei Infizierten zu schweren Lungenerkrankungen führte. Beim Vergleich der RNA-Genome von für den Menschen harmlosen Coronaviren und dem des SARS-Virus stießen Forschende auf eine Region, die nur in letzterem vorkam und deswegen „SARS-unique Domain“ (SUD) genannt wurde. Solche Genregionen und ihre Proteinprodukte könnten mit der außerordentlichen Pathogenität des SARS-Coronavirus und seines jüngsten Verwandten, des COVID-19-Virus SARS-CoV-2, in Zusammenhang stehen.

Die Arbeitsgruppen von Professor Rolf Hilgenfeld (Universität zu Lübeck, Deutsches Zentrum für Infektionsforschung) und von Privatdozent Dr. Albrecht von Brunn (Ludwig-Maximilian-Universität München, Deutsches Zentrum für Infektionsforschung) zeigten, dass das SUD-Protein der Viren mit einem menschlichen Protein namens Paip-1 wechselwirkt, welches wiederum an den ersten Schritten der Proteinbiosynthese beteiligt ist. Zusammen mit Paip-1 und anderen Proteinen der menschlichen Zelle bindet SUD offenbar an die Ribosomen, die Proteinsynthesefabriken der Wirtszelle, und steigert so die Herstellung aller Proteine. Dadurch würden Proteine der menschlichen Zelle, jedoch auch die des Virus, in verstärktem Maße hergestellt. Allerdings werden in mit SARS-CoV oder SARS-CoV-2 infizierten Zellen durch das virale Protein Nsp1 die Boten-RNA-Moleküle, die menschliche Proteine kodieren, gezielt zerstört. Das führt dazu, dass in infizierten Zellen überwiegend virale Proteine synthetisiert werden und so viele neue Kopien des Virus gebildet werden können.

Die Arbeitsgruppe von Albrecht von Brunn hatte die Wechselwirkung zwischen den Proteinen SUD und Paip-1 vor mehreren Jahren entdeckt und Forschende um Professor Hilgenfeld hatten bereits die dreidimensionale Struktur des SUD-Proteins aufgeklärt. Die Arbeitsgruppen taten sich zusammen und so gelang es, den Komplex aus SUD und Paip1 zu kristallisieren und seine dreidimensionale Struktur mittels Röntgenstrukturanalyse aufzuklären sowie den Komplex der beiden Proteine und seine Funktion zu charakterisieren.

„Derartige Wechselwirkungsstudien zwischen Coronavirusproteinen und Proteinen der infizierten menschlichen Zelle werden uns helfen zu verstehen, wie sich die Viren Schlüsselfunktionen der Wirtszelle zunutze machen“, freut sich Hilgenfeld über die neuen Ergebnisse. 

 

Bild: Das SUD-Protein des SARS-Coronavirus (orange) bildet einen Komplex mit dem menschlichen Protein Paip-1 (hellblau). Die besonders stark wechselwirkenden Elemente der beiden Proteine sind grün (SUD) bzw. violett (Paip-1) dargestellt. ©J. Lei et al., 2021 / EMBO Journal