Erst mit ihrer Andockstelle sind AIDS

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Erst mit ihrer Andockstelle sind AIDS-Viren infektiös
Wissenschaftler um Professor Dr. Hans-Georg Kräusslich vom Department für Infektiologie
des Universitätsklinikums Heidelberg und Professor Dr. Stefan Hell von der Abteilung für
Optische Nanoskopie des Deutschen Krebsforschungszentrums haben mit Hilfe
höchstauflösender STED-Fluoreszenzmikroskopie einen wichtigen Schritt im
Vermehrungszyklus von HI-Viren entdeckt: Nachdem der AIDS -Erreger seine Wirtszelle
verlassen hat, rücken bestimmte Oberflächenproteine, die zunächst über die Oberfläche des
HIV-Partikels verteilt sind, eng zusammen. Erst mit der so entstandenen Struktur können
die Viren effizient in menschliche Zellen eindringen - eine Voraussetzung, um diese zu
infizieren. Die Arbeit wurde in der renommierten Fachzeitschrift "Science" veröffentlicht.
Darstellung des Andockvorgangs eines HI-Virus an eine Immunzelle. Die gelben Envelope-Proteine rücken auf der
Virenoberfläche eng zusammen und bilden die Kontaktstelle zur Zielzelle. © Universitätsklinikum Heidelberg /
Department Infektiologie, Virologie.
Infizieren Humane Immundefizienz-Viren ( HIV) Zellen des menschlichen Immunsystems, so
vervielfältigen die Zellen das Erbgut des AIDS -Erregers und produzieren Bausteine der
Virushülle, wie das Eiweiß Gag und - in geringer Stückzahl - sogenannte Envelope (Env)
Proteine . Noch innerhalb der Wirtszelle lagern sich die Gag-Proteine selbständig zu einer
kugelförmigen Gitterstruktur zusammen, die das Erbgut des Virus umschließt. Beim Verlassen
der Zelle umgeben sich die neu gebildeten Viren mit einem Teil der Zellhülle. In diesen Mantel
sind die Env-Proteine eingelagert. Sie sind unverzichtbar, um an neue Zellen zu binden und
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diese zu infizieren. Nach der Freisetzung des Virus findet eine Spaltung der Gag Proteine statt,
die eine Umlagerung der inneren Virusstruktur verursacht; erst nach dieser "Reifung" sind die
Viren infektiös.
"Obwohl die Env-Proteine von Anfang an auf der Virushülle sind und sich an deren Aufbau oder
Zusammensetzung nichts ändert, ist die Reifung im Inneren des Virus notwendig, um in eine
Zielzelle einzudringen. Wir haben uns gefragt, warum das so ist", sagt Professor Kräusslich,
Geschäftsführender Direktor des Departments für Infektiologie am Universitätsklinikum
Heidelberg und Seniorautor des Artikels.
Oberflächenproteine bündeln sich, wenn Virushülle sich neu
arrangiert
Um diese Frage zu klären wurden in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Deutschen
Krebsforschungszentrums reife und unreife HI-Viren mit Hilfe der STEDFluoreszenzmikroskopie untersucht. Mit dieser von einem Team um Professor Hell, Leiter der
Abteilung für Optische Nanoskopie, entwickelten Methode lassen sich erstmalig Strukturen
optisch erkennen, die nur wenige zehn Nanometer, also Millionstel Millimeter, klein sind - und
dazu gehören kleinste Proteinagglomerate auf der Oberfläche von HIV. Die Forscher
entdeckten, dass sich die zunächst vereinzelten Env-Proteine des Virus während des
Reifungsprozesses an einer Stelle sammeln und die so entstandenen Env-,Cluster' die
Kontaktstelle des Virus zur nächsten Zielzelle bilden. Diese Umlagerung ist erforderlich, um das
Virus mit der Zellmembran zu verschmelzen und in die Zelle einzudringen. "Da das Virus nur
ca.130 Nanometer groß ist, konnte dieser Vorgang nur durch eine radikal neue
Lichtmikroskopie mit Auflösung sechs- bis siebenmal feiner als die halbe Lichtwellenlänge von
250 Nanometern sichtbar gemacht werden", so Hell.
Das interdisziplinäre Team klärte zudem, warum sich die Proteine nicht schon früher
zusammenfinden: Sie sind anfangs noch mit dem darunter liegenden, starren Gag-Gitter
verbunden. Erst wenn diese Struktur im Laufe des Reifungsprozesses aufgelöst wird, können
sich die Env-Proteine frei über die Virusoberfläche bewegen. "Wir schließen aus diesen
Ergebnissen, dass die Clusterbildung der Env-Proteine ein essentieller Schritt im
Reifungsprozess des Virus ist", sagt Kräusslich. "Je besser wir die Abläufe in diesem Prozess
verstehen, desto eher können wir Schwachstellen von HIV ausfindig machen und als
Angriffspunkte für gezielte Therapien nutzen."
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Pressemitteilung
30.10.2012
Quelle: Universitätsklinikum Heidelberg (26.10.2012)
Weitere Informationen
Literatur:
Jakub Chojnacki, Thorsten Staudt, Bärbel Glass, Pit Bingen, Johann Engelhardt, Maria Anders, Jale
Schneider, Barbara Müller, Stefan W. Hell, Hans-Georg Kräusslich. Maturation Dependent HIV-1 Surface
Protein Redistribution Revealed by Fluorescence Nanoscopy. Science. 26 October 2012: Vol. 338 no. 6106 pp.
524-528. DOI: 10.1126/science.1226359
Prof. Dr. Hans-Georg Kräusslich
Geschäftsführender Direktor des Departments für Infektiologie, Abteilung Virologie Universitätsklinikum
Heidelberg
Tel: 06221/ 56 50 01
E-Mail: Hans-Georg_Kraeusslich(at)med.uni-heidelberg.de
Prof. Dr. Stefan W. Hell
Leiter der Abteilung Optische Nanoskopie, BioQuant Deutsches Krebsforschungszentrum
Tel.: 06221/ 5451210
E-Mail: s.hell(at)dkfz.de
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