Ärzte Zeitung online, 23.12.2008

Zellaustritt von HI-Viren: erstmals im Nanobereich dreidimensional gesehen

HEIDELBERG / MÜNCHEN (eb). HI-Viren befallen Immunzellen, um sich im menschlichen Körper zu vermehren. Doch wie kommen die neu gebildeten Viren aus der Wirtszelle raus? Mithilfe der neuen, hochauflösenden Kryo-Elektronentomografie konnten Forscher zeigen: Die Wirtszelle selbst ist an der Freisetzung des Aids-Erregers viel früher beteiligt und spielt eine wichtigere Rolle als bisher angenommen.

Neu gebildete Viren verlassen als kugelförmige Kapsel die Zelle - graphische Darstellung einer Rekonstruktion der HIV-Freisetzung mittels Elektronen-Tomographie (blau ist die Membran, rot die Proteinkapsel).

Foto: Universitätsklinikum Heidelberg

Das neue Verfahren lieferte den Wissenschaftlern des Hygiene-Instituts am Universitätsklinikum Heidelberg gemeinsam mit Kooperationspartnern vom Max Planck Institut für Biochemie in Martinsried erstmals dreidimensionale Bilder im Nanometerbereich. Die so gewonnenen Ergebnisse tragen dazu bei, die komplizierten Wechselwirkungen zwischen Zelle und Virus zu verstehen - ein wichtiger Ansatzpunkt für zukünftige Therapien gegen Aids.

"Wenn wir bereits innerhalb der Wirtszelle die Virusbildung stören, also in einem sehr frühen Stadium angreifen, dann ist das Virus möglicherweise empfindlicher", so Professor Hans-Georg Kräusslich, geschäftsführender Direktor des Hygiene-Instituts und Seniorautor der wissenschaftlichen Arbeit (Cell Host & Microbe 6, 2008, 592).

HI-Viren programmieren Immunzellen auf Virusvermehrung um

Befallen HI-Viren Zellen des Immunsystems, programmieren sie 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 die Bausteine der Virushülle.

Schließlich verlassen die neu gebildeten Viren als kugelförmige Kapsel die Zelle. Dabei kappen zelleigene Proteine - der so genannte Proteinkomplex ESCRT - die Verbindung zwischen Viruskapsel und Zelloberfläche.

"Unsere Aufnahmen mit der Kryo-Elektronentomografie zeigen, dass die Kapseln erst zu circa 60 Prozent fertig gestellt sind, wenn die Viren abgeschnürt werden", so Kräusslich. Die ESCRT-Proteine greifen also offenbar schon in einem frühen Stadium der Partikelbildung ein.

Eine Schwachstelle ist die scheinbar unvollständige Hülle des Virus nicht: Ist das Virus freigesetzt, ordnen sich die vorhandenen Proteine zu einem vollständigen konusförmigen Kapsid um.

Die Kryo-Elektronentomografie erlaubt spektakuläre Momentaufnahmen

Momentaufnahmen dieser molekularen Vorgänge sind in dieser Form nur mit der Kryo-Elektronentomografie möglich: Durch das blitzartige Einfrieren auf minus 196 Grad Celsius bleibt die räumliche Struktur und Anordnung aller Zellbestandteile vollständig erhalten. Die Untersuchungsobjekte bleiben unverfälscht - chemische Vorbehandlungen, Anfärben oder Dünnschnitte 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. Die Kryo-Elektronentomografie für diese Arbeit wurde unter der Leitung von Dr. Kay Grünewald vom Max Planck Institut für Biochemie in Martinsried ausgeführt.

Abstract der Studie "Three-Dimensional Analysis of Budding Sites and Released Virus Suggests a Revised Model for HIV-1 Morphogenesis"

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