Zika-Viren bauen Wirtszellen zu "Virus-Fabriken" um

HEIDELBERG. Wie das Zika-Virus die Kontrolle über Zellorganellen menschlicher Leberzellen und Nerven-Stammzellen übernimmt, haben Wissenschaftler des Zentrums für Infektiologie des Uniklinikums Heidelberg mit Licht- und Elektronenmikroskopie gezeigt. Dabei stellten sie fest, dass die beiden bekannten Stämme des Virus ihre Wirtszellen so umbauen, dass innerhalb der Zelle "Fabriken" zur Vermehrung der Krankheitserreger entstehen (Cell Rep 2017; 18(9): 2113 - 2123).

"Diese Strukturen entsprechen denjenigen, die wir bereits vom fieberauslösenden Dengue-Virus kennen. Beide Virus-Arten sind extrem nah verwandt", wird Professor Ralf Bartenschlager, Senior-Autor der Studie, in einer Mitteilung des Uniklinikums zitiert.

Wie das Dengue-Virus kapert das Zika-Virus das Endoplasmatische Reticulum (ER). Das ER ist 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 ER hervorrufen und bilden über verschiedene Zwischenschritte neue, fertig verpackte Nachkommen.

Viren gestalten Zytoskelett um

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.

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"? Bartenschlager vermutet, dass mehr dahinter steckt: "Wir nehmen an, dass das Zytoskelett eine aktive Rolle bei der Vermehrung der Viren spielt.

Ist Paclitaxel eine Therapie-Option?

Das Zytoskelett 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."

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.

Schäden an Nervenzell-Vorläufern

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-Infektionen 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." (eb)