Genom-Freisetzung von Viren

Virale Infektionen beginnen mit der spezifischen Bindung des Pathogens an Wirtszellrezeptoren. Daraufhin entlässt das Virus sein Genom ins Zytoplasma. Dies geschieht entweder direkt von der Plasmamembran aus oder nach Eintritt in Endosomen, in das endoplasmatische Retikulum oder in den Golgi auf einer Reihe von möglichen Wegen. Im Falle von lipid-umhüllten Viren ist der Prozess des Eindringens und des Transportes des Genoms ins Zytosol relativ gut bekannt. Jedoch im Fall von nackten Viren gibt es viele offene Fragen: Auf welchen Wegen dringen die Viren in die Zelle ein? Welche Rezeptoren sind daran beteiligt? Wie und wo verlässt das Genom das Virus und dringt daraufhin ins Zytoplasma ein? Ist dieser Prozess gerichtet (d.h. mit welchem Ende verlässt die Nukleinsäure zuerst das virale Kapsid)? Welche Kraft treibt diesen Prozess und wie schnell ist er? Welche Rolle spielen die Rezeptoren in der Freisetzung des Genoms und in dessen Eindringen in die Zelle? Dringt die Nukleinsäure durch eine Pore ein oder wird die endosomale Membrane einfach zerrissen? Wir schlagen vor, diese Fragen unter Verwendung von Rhinoviren des Menschen, den Erregern des Schnupfens als Modellsystem zu untersuchen. Diese kleinen, ikosahedrischen, nackten Viren zirkulieren in Form von mehr als 100 verschiedenen Genotypen in der Population, was zu immer wiederkehrenden Infektionen Anlass gibt. Obwohl strukturell als auch funktionell nahe verwandt, binden Rhinoviren an verschiedene Rezeptoren. Diese leiten sie in unterschiedliche Internalisierungswege und bewirken, dass das Genom von verschiedenen Kompartimenten aus ins Zytoplasma gelangt. Ein besseres Verständnis dieser frühen Prozesse der viralen Infektion könnte den Weg für neue Strategien der Intervention bereiten.

Schnupfenviren sind in der Regel relativ harmlos, können aber in Kombination mit Asthma, chronischer obstruktiver Lungenerkrankung oder zystischer Fibrose sehr gefährlich werden. Außerdem ist ihr ökonomischer Schaden durch Krankenstände und (meist unwirksame Medikamente) enorm. Der erste Schritt zur Infektion ist die Anheftung des Virus an einen Rezeptor in der Zellmembran und die Aufnahme in Endosomen. In diesen Membran-umgebenen Zellorganellen kommt es zu einer Strukturänderung und der Abgabe des RNA Genoms, das durch die endosomale Membran ins Zytoplasma transportiert wird, wo die Replikation stattfindet. Wir untersuchten diese ersten Schritte der Infektion mit strukturbiologischen Methoden. Dazu etablierten wir zunächst ein in vitro System das es erlaubte den RNA Transport vom Virusinneren ins Innere eines Liposoms zu demonstrieren. Daraufhin konnten wir die 3-dimensionale (3D) Struktur jener subviralen Partikel aufklären, die den Übergang zwischen nativem Virus und dem leeren Kapsid darstellen. Unter anderem konnten wir zeigen, dass sich die Faltung des RNA Genoms bei der Vorbereitung zum Verlassen des Virions stark verändert. Diese Konformationsänderungen erscheinen daher zur Feinabstimmung ihres Austritts aus dem Virion notwendig. Des Weiteren konnten wir die 3D Struktur von Membran-gebundenen Viren auflösen; sie erklärt, wie die instabile RNA vom Inneren des Virions ins Zytoplasma gelangt wo sie vervielfältigt wird, ohne jemals den aggressiven Enzymen im Lumen des späten Endosomes ausgesetzt zu sein. Unsere Arbeit umreißt die Dynamik der Strukturänderung vom Virion zum subviralen Partikel und von diesem schließlich zum leeren Kapsid und erklärt wie diese frühen Ereignisse zur Infektion führen.