Wie das Coronavirus unsere Zellen verändert – Nach der Infektion mit SARS-CoV-2 wird der innere Teil der Zellen radikal umgestaltet
Drastischer Umbau: Wenn das SARS-CoV-2-Coronavirus in unsere Zellen eindringt, beginnt ein radikaler Umbau, wie eine Studie jetzt ergab. Demnach entführt das Virus Teile der inneren Membran der Zellmembran, um daraus unzählige Vesikel zu bilden. In diesen repliziert sie ihre RNA und verwendet dann Teile der Zellmembran für ihre Virushülle. Diese viralen Replikationsblasen werden auch durch Teile der Zellstruktur geschützt, die nicht für den beabsichtigten Zweck verwendet wurden, wie die Forscher herausfanden.
Welchen Schaden hat es Coronavirus SARS-CoV-2 Ursachen unserer Gewebe und Organe ist mittlerweile relativ bekannt. Auch dass diese Viruszellen der Atemwege und Erweiterung, Zemer, Darm und Gehirn direkte Angriffe haben Studien der letzten Monate ergeben. Für Zellen endet diese Infektion mit einem sicheren Tod: Sie sind die ersten in Virenfabriken umfunktioniert und dann in den Selbstmord der Zelle geschickt.
Aber was passiert mit den betroffenen Zellen? Mirko Cortese von der Universität Heidelberg und seine Kollegen haben dies nun entdeckt. Zu diesem Zweck verwendete das Team die neuesten bildgebenden Verfahren, einschließlich Ionenstrahl-Elektronenmikroskopie und Elektronentomographie, um Veränderungen in Zellen von der Infektion bis zum Tod zu verfolgen und sie in 3D-Rekonstruktionen zu entwerfen.
Virusfabriken aus entführten Membranen
Analysen ergaben: Das Coronavirus strukturiert die inneren Strukturen unserer Zellen radikal um, um geeignete „Replikationsgefäße“ zu schaffen. Zu diesem Zweck entführt das Virus die Membranen des endoplasmatischen Retikulums (ER), eines membranumwickelten Systems aus Röhrchen und Zisternen, das den Zellkern umhüllt und das Innere der Zelle durchdringt. Aus diesen erzeugt das Virus etwa 300 Nanometer große Blasen, die in einer Doppelmembran eingeschlossen sind.
Wie die Forscher berichten, können diese Blasen nur sechs Stunden nach der Infektion in der Zelle nachgewiesen werden. In den nächsten Stunden wachsen die Blasen und bilden eine ganze Reihe von Virusfabriken, von denen einige miteinander und andere mit der Notaufnahme zusammenhängen. „Das Innere dieser Vesikel enthält Zwischenstadien der Virusreplikation in Form von doppelsträngiger RNA sowie vollständig synthetisierte RNA-Stränge – was darauf hinweist, dass diese Blasen die Stellen des viralen Erbguts sind“, schreiben Cortese und Kollegen.
Der Golgi-Apparat und die Mitochondrien sind ebenfalls betroffen
Wie die Aufzeichnungen zeigten, entführte SARS-CoV-2 andere zelluläre Strukturen. Um die Hüllen seiner Viren zu produzieren, erwirbt die Tochter den Golgi-Apparat, eine zelluläre Organelle, die unter anderem Sekrete für den Zellstoffwechsel produziert und diese in membranbedeckte Vesikel abgibt. In virusinfizierten Zellen bildet der Golgi-Apparat jedoch stattdessen Vesikel mit viralem Inhalt.
Mitochondrien, Zellkraftwerke, haben sich ebenfalls stark verändert. Sie bewegen sich von ihren Positionen und sammeln sich am Rand des Zellbereichs, in dem neue Coronaviren geboren werden. Darüber hinaus haben sich ihre innere Struktur und Form geändert, sie sehen dünner und mit mehr leeren Räumen aus. „Zusammengenommen spricht dies für eine schwerwiegende Störung der Morphologie und der Mitochondrienfunktion – dies spiegelt wahrscheinlich die durch SARS-CoV-2 verursachte Beeinträchtigung des zellulären Energiehaushalts wider“, sagen die Forscher.
Schutzkäfig aus Proteinfasern
Aber das ist noch nicht alles: Das Coronavirus transformiert sogar das Zellgerüst für seine eigenen Zwecke, wie die Tests gezeigt haben. Dementsprechend sind die zellulären Bereiche, in denen sich Replikationsblasen ansammeln, von einem Gerüst aus miteinander verflochtenen Proteinfasern umgeben. Diese stabilen Proteine aus dem Viment-Protein bilden somit ein käfigartiges Gerüst um Virusfabriken. Bisher waren solche Käfige mit Gewinde vom Zika-Virus bekannt, aber sie sind für Coronaviren neu.
„Solche Zwischenfilamente spielen eine wichtige Rolle bei der angeborenen Immunabwehr und bei der antiviralen Reaktion von Zellen“, erklären die Wissenschaftler. „Dies deutet darauf hin, dass dieser SARS-CoV-2-induzierte Vimentkäfig Sensoren des zellulären Abwehrsystems daran hindern könnte, virale Replikationsstellen zu erreichen.“
Ausgangspunkt für weitere Forschung
Zusammengenommen zeigen diese Beobachtungen, wie sehr das Coronavirus unsere Zellen verändert. Er benutzt nicht nur die zelluläre Maschinerie, um sein genetisches Material zu kopieren, sondern verwandelt das gesamte Innere der Zelle in eine Virusfabrik. „Unsere Studie bietet einen umfassenden dreidimensionalen Überblick über den SARS-CoV-2-Replikationszyklus und die Veränderungen der Zellorganellen, die schließlich zum Zelltod führen“, so Cortese und Kollegen.
Sie haben ihre Daten und alle 3D-Strukturinformationen vollständig veröffentlicht, um diese Ergebnisse, die für antivirale Therapien relevant sind, anderen Forschungsteams zur Verfügung zu stellen. „Auf diese Weise können wir die weltweiten Bemühungen unterstützen, die Interaktion von SARS-CoV-2 mit seinem Wirt zu entschlüsseln“, sagt Co-Autor Yannick Schwab vom Europäischen Labor für Molekularbiologie (EMBL) in Heidelberg. (Cell Host & Microbe, 2020; doi: 10.1016 / j.chom.2020.11.003)
Quelle: Europäisches Labor für Molekularbiologie (EMBL)
