Neuer Abwehrmechanismus gegen Viren entdeckt

Dem Immunsystem steht ein ganzes Arsenal an Waffen zur Verf¨¹gung, um Viren zu bek?mpfen: Killerzellen, Antik?rper und Botenstoffe, um nur einige zu nennen. Das Immunsystem setzt die entsprechenden Abwehrmechanismen in Gang, wenn ein Erreger den K?rper bef?llt. Daneben gibt es auch Abwehrmechanismen, die nicht angestossen werden m¨¹ssen, sondern quasi als stehendes Heer st?ndig aktiv sind. Forschende der ETH Z¨¹rich haben nun in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universit?t Bern einen neuen solchen Mechanismus entdeckt. Er wirkt gegen einzelne Viren, deren Erbgut in Form von einzelstr?ngiger RNA mit positiver Polarit?t vorliegt, wie die Forschenden gezeigt haben. Zur selben Gruppe von Viren geh?ren viele bekannte Erreger wie jene von Hepatitis C, Fr¨¹hsommer-Meningoenzephalitis (FSME), Kinderl?hmung, SARS, Gelbfieber und Dengue, aber auch die Potyviren, eine Gruppe von Pflanzenviren, die bei zahlreichen wirtschaftlich bedeutenden Kulturpflanzen grossen Schaden anrichten.

Forschende um Ari Helenius, Professor f¨¹r Biochemie an der ETH Z¨¹rich, endeckten den Mechanismus in ihrer Forschung mit menschlichen Zellen in Zellkultur und einem in der Grundlagenforschung h?ufig verwendeten Modellvirus, dem Semliki-Forest-Virus. In einem grossangelegten Screening schalteten sie bei den Zellen einzelne Gene aus. Dabei entdeckten sie, dass die Zellen f¨¹r eine Infektion mit dem Virus anf?lliger waren, wenn Gene eines zellul?ren Kontroll- und Regulationssystems f¨¹r RNA mit dem Namen NMD (Nonsense-mediated mRNA decay) ausgeschaltet waren.

Viren als fehlerhafte Zell-RNA erkannt

In einer parallelen grossangelegten Forschungsanstrengung entdeckten Olivier Voinnet, Professor f¨¹r RNA-Biologie an der ETH Z¨¹rich, und seine Kollegen denselben Abwehrmechanismus gegen Viren auch bei Pflanzen. Sie benutzten die Modellpflanze Ackerschmalwand und das Kartoffelvirus X f¨¹r ihre Untersuchungen. Die Gruppen von Helenius und Voinnet ver?ffentlichen ihre beiden Arbeiten bei menschlichen Zellen und Pflanzen in der neusten Ausgabe der Fachzeitschrift ?Cell Host & Microbe?, erstere in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Oliver M¨¹hlemann, Professor an der Universit?t Bern, der sich in den vergangenen Jahren intensiv mit dem NMD-System besch?ftigt hat.

Das NMD-System ist in der Biologie schon seit l?ngerem als Kontroll- und Regulationssystem bekannt, das in Zellen fehlerhaft hergestellte und somit nicht-funktionale Boten-RNA-Molek¨¹le aus dem Verkehr zieht. Neu ist die Erkenntnis, dass dieses System eine zweite Funktion hat: Es sorgt auch daf¨¹r, dass das Erbgut bestimmter RNA-Viren abgebaut wird, womit sich diese Viren in den Wirtszellen nicht vermehren k?nnen. ?Das RNA-Genom dieser Viren hat Gemeinsamkeiten mit fehlerhafter Boten-RNA in menschlichen, tierischen und pflanzlichen Zellen und wird vom NMD-System als solches erkannt?, erkl?rt Giuseppe Balistreri, Postdoc und Erstautor einer der beiden Studien.

?ltestes Abwehrsystem

Die Forschenden vermuten, dass das NMD-System bei einer Infektion mit Viren der untersuchten Klasse der zeitlich erste Abwehrmechanismus ist. ?Der Mechanismus wirkt direkt auf das Erbgut der Viren, bevor sich dieses in den Wirtszellen vervielf?ltigen kann?, sagen Helenius und Voinnet. Ausserdem gehen sie davon aus, dass es sich dabei evolutionsgeschichtlich um einen der ?ltesten Abwehrmechanismen gegen Viren handelt. Denn das NMD-System ist so grundlegend, dass es in allen h?heren Lebewesen ¨C Menschen, Tieren, Pflanzen und Pilzen ¨C vorkommt.

Allerdings ist der Mechanismus nicht hundertprozentig wirksam. ?W?re er dies, w¨¹rden RNA-Viren gar nicht existieren?, sagt Helenius. Vielmehr haben Viren im Laufe der Evolution Mechanismen entwickelt, um der Wirkung des NMD-Systems zu entkommen oder dieses sogar aktiv zu unterdr¨¹cken. Beide ETH-Forschungsgruppen haben in ihren Arbeiten Hinweise darauf gefunden. ?Die Viren und ihre Wirte liefern sich eine endlose Schlacht, und in dieser spielte und spielt das NMD-System eine Rolle?, sagt Voinnet. ?Dadurch hat der NMD-Mechanismus im Laufe der Evolution mitgeholfen, das Genom von RNA-Viren so zu formen, wie es heute ist.?