Forschende konnten zeigen, wie das Virus in das genetische Programm der Zellen eingreift, die Immunabwehr hemmt und die Zellfunktion stört.
Im Labor: Prof. Dr. Thomas Pietschmann und Dr. Sibylle Haid. Copyright: @TWINCORE
Das respiratorische Synzytial-Virus (RSV) kann schwere Erkrankungen der unteren Atemwege verursachen, insbesondere bei Neugeborenen und bei älteren Menschen. Wie es das Virus schafft, der Immunabwehr zu entkommen und welche Veränderungen es in den infizierten Zellen auslöst, war bisher noch nicht vollständig entschlüsselt. Forschende des TWINCORE, Zentrum für Experimentelle und Klinische Infektionsforschung, konnten jetzt in einer Studie zeigen, wie das Virus in das genetische Programm der Atemwegszellen eingreift, die Immunabwehr hemmt und die Zellfunktion stört. Leiter der Studie ist Prof. Dr. Thomas Pietschmann, Direktor des TWINCORE-Instituts für Experimentelle Virologie und Professor an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH). Die Forschung führte das Team gemeinsam mit interdisziplinären Kolleginnen und Kollegen aus Würzburg, Regensburg, Braunschweig und Hannover durch. Diese Ergebnisse veröffentlichte das Journal Science Advances.
Nur ein Bruchteil der infizierten Zellen merkt die Infektion
Nach Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation WHO müssen weltweit etwa 3,6 Millionen Kinder pro Jahr wegen RSV stationär behandelt werden. Für 100.000 endet die Infektion tödlich. „Auf welche Weise das Virus in den Epithelzellen der Atemwege Schaden anrichtet und warum die Immunantwort es nicht besser in Schach hält, war bislang unklar“, sagt Professor Pietschmann.
Um diese Frage zu beantworten, haben die Forschenden ein besonderes Zellkulturmodell verwendet. Sie haben Atemwegszellen von Spenderinnen und Spendern kultiviert – in der Regel waren es Patientinnen und Patienten, die eine Spenderlunge erhalten. „Im Labor wachsen diese Zellen dann zu einem lungenähnlichen Flimmerepithel zusammen, mit Zilienschlag und Schleimbildung“, sagt Prof. Dr. Bettina Wiegmann aus der Klinik für Herz-, Thorax-, Transplantations- und Gefäßchirurgie der MHH und Koautorin der Studie. Diese Gewebekultur haben sie dann mit RSV infiziert und anschließend durch RNA-Sequenzierungen in jeder einzelnen Zelle die Genaktivität analysiert. „Im Vergleich mit nicht infizierten Zellen erkennen wir, wie tausende von Genen durch die Infektion reguliert werden“, sagt Prof. Dr. Emmanuel Saliba, Leiter der Forschungsgruppe „Einzelzellanalyse“ am Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) in Würzburg, einem Standort des Braunschweiger Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung in Kooperation mit der Julius-Maximilians-Universität Würzburg.
„Unsere Daten zeigen, dass nur ein Bruchteil der infizierten Zellen überhaupt merkt, dass sie infiziert wurden“, sagt Dr. Sibylle Haid, Wissenschaftlerin im Institut von Professor Pietschmann. Sie ist gemeinsam mit Kevin Berg von der Universität Regensburg Erstautorin der Arbeit. „Das liegt vermutlich daran, dass nur manche Lungenzellen ausreichende Mengen von Virusdetektoren bilden und damit schnell genug Botenstoffe bilden, um sich selbst und benachbarte Zellen zu schützen.“ Gibt es zu wenige dieser Sensormoleküle, setzt sich das Virus durch, vermehrt sich und unterdrückt dann aktiv diesen Schutzmechanismus. Ein zentraler Botenstoff im Immunsystem ist Interferon, das sowohl direkt antiviral wirkt als auch die sogenannten Interferon-stimulierten Gene (ISGs) aktiviert.
Wichtige Erkenntnisse über die RSV-Infektion
„Auch eine Behandlung der Zellen mit Interferon kann das Virus dann nicht beseitigen“, sagt Dr. Haid. Mit einer Ausnahme: Das Team fand heraus, dass der antivirale Transkriptionsfaktor IRF1 von RSV nicht unterdrückt wird und konnte dann zeigen, dass ein künstliches Anschalten dieses Faktors die RSV-Infektion – zumindest in dem vereinfachten Modell – zurückdrängen kann.
Die Forschenden fanden auch eine mögliche Erklärung für die Zellschädigung, die RSV verursacht. „In den infizierten Epithelzellen waren auch die Gene gehemmt, die die Zilienbildung steuern“, sagt Dr. Haid. Zilien sind die Flimmerhärchen der Zellen, die unter anderem für den Abtransport von Schleim zuständig sind. Wenn diese Funktion durch die Infektion gestört wird, entstehen die typischen Krankheitssymptome.
„Wir konnten in dieser Arbeit wichtige Erkenntnisse über die Pathologie der RSV-Infektion auf zellulärer Ebene gewinnen und außerdem mit IRF1 einen möglichen vielversprechenden Kandidaten für pharmazeutische Eingriffe identifizieren“, sagt Professor Pietschmann. „Ohne die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit unseren Kooperationspartnern wäre das nicht möglich gewesen.“ Neben den Forschungsteams von Professor Pietschmann, Professor Saliba und Prof. Dr. Florian Erhard von der Universität Regensburg sowie der MHH war auch das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig beteiligt. Gefördert wurde das Forschungsprojekt vom Exzellenzcluster RESIST.
Die Originalpublikation finden Sie hier.
Text: Der Text basiert auf einer Pressemitteilung des TWINCORE, Zentrum für Experimentelle und Klinische Infektionsforschung