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Hüllproteine von Noroviren analysiert

Viren mit wechselnder Vorliebe für Zucker

| Redakteur: Christian Lüttmann

Noroviren (hier in einer 3D-Animation) docken über spezifische Bindungen an ihre Wirtszellen an (Symbolbild).
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Noroviren (hier in einer 3D-Animation) docken über spezifische Bindungen an ihre Wirtszellen an (Symbolbild). (Bild: CDC/ Jessica A. Allen)

Viren docken gezielt an Zuckerstrukturen auf den Zellen ihres Wirts an. Die spezifische Vorliebe für solche Zuckermoleküle kann aber spontan abnehmen, wie eine Studie von Forschern der Universität Lübeck zeigt. Ein tieferes Verständnis dieser verringerten Wechselwirkung zwischen Virus und Wirt könnte helfen, neue Impfstoffe zu entwickeln.

Lübeck – Erreger wie die humanen Noroviren haben ihr eigenes Navigationssystem: Sie heften sich üblicherweise an ganz bestimmte Zuckerstrukturen, die so genannten humanen Histo-Blutgruppen-Antigene (HBGAs). Dies gilt als entscheidender Schritt für eine erfolgreiche Infektion und ist deshalb Gegenstand zahlreicher Studien, die antivirale Hemmstoffe zur Inhibierung dieser spezifischen Wechselwirkung zwischen Virus und Wirt entwickeln wollen.

Unterdrückte Zuckeranziehung

An der Universität Lübeck untersuchen die Forscher Dr. Alvaro Mallagaray und Robert Creutznacher aus der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Thomas Peters die Hüllproteine von Viren mittels NMR-Spektroskopie. Bei ihren Experimenten fielen ihnen eigenartige Veränderungen an den Hüllproteinen auf, die zunächst nicht zu erklären waren. In vorhergehenden eigenen oder fremden Studien fanden sich jedenfalls keine Hinweise auf eine Transformation des Hüllproteins, wie sie die Forscher beobachtet hatten.

Eigentlich hatten Wissenschaftler die Entschlüsselung des Protein-Fingerabdrucks in einem dreidimensionalen NMR-Experiment, einem so genannten HN(CO)CACB-NMR Experiment, zum Ziel. Doch bei der Auswertung der spektralen Daten waren sie auf eine ungewöhnliche Beobachtung gestoßen: Ein Aminosäurerest, der die Zucker-Bindungsstelle der Virushülle flankiert, unterlag offenbar einer relativ raschen spontanen Umwandlung und unterdrückte so die Zuckerbindung signifikant. Derartige Prozesse sind zwar schon länger als posttranslationale Modifikationen bekannt, jedoch noch nie mit Virusinfektionen und der Wechselwirkung viraler Hüllproteine mit Wirtszellfaktoren oder Rezeptoren in Verbindung gebracht worden.

Vorteil für Virus unklar

Eine Analyse der Gensequenzen von derzeit in Epidemien prävalenten Norovirusstämmen zeigt, dass ca. 60 Prozent der Viren diese posttranslationale Modifikation ausbilden können und damit die Bindung an Zuckerketten auf Wirtszell- oder Bakterienzelloberflächen modulieren. Noch ist unklar, ob und wie diese spontane Transformation dem Virus bei der Infektion hilft. Unstrittig ist nach Angabe der Forscher allerdings, dass die spontane Umwandlung in der Zucker-Bindungsstelle des Virus bei der Suche nach viralen Hemmstoffen wie auch bei der Entwicklung von Impfstoffen beachtet werden muss.

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Die Ergebnisse aus dem Lübecker Labor wurden auch in anderen Arbeitsgruppen bestätigt, die unter dem Dach der Forschergruppe ViroCarb mit Mallagaray und Creutznacher kooperieren. So untemauerte die Arbeitsgruppe um Dr. Charlotte Uetrecht vom Heinrich-Pette-Institut in Hamburg die Befunde massenspektrometrisch, und der Gruppe um Dr. Bärbel Blaum von der Universität Tübingen ist es gelungen, die strukturellen Details der geänderten Glycanbindung mithilfe der Röntgenkristallographie aufzuklären.

Die richtige Markierung macht den Unterschied

Dass die Lübecker Forscher die Veränderungen an der Virushülle überhaupt entdecken konnten, lag an der speziellen Art der Markierung der viralen Hüllproteine mit nicht-radioaktiven Isotopen. Damit ist es nun möglich, neue Einblicke in die Anheftung der viralen Hüllproteine an Zuckerstrukturen auf der Oberfläche von Wirtszellen zu gewinnen, wie die Forscher berichten. Und auch die Wechselwirkung mit Bakterien, die Bestandteil des so genannten Mikrobioms im Darm sind, soll sich so detaillierter untersuchen lassen als zuvor.

Originalpublikation: Mallagaray, A., Creutznacher, R., Dülfer, J., Mayer, P.H.O., Grimm, L.L., Orduña, J.M., Trabjerg, E., Stehle, T., Rand, K.D., Blaum, B.S., Uetrecht, C., and Peters, T.: A post-tranlational modification of human Norovirus capsid protein attenuates glycan binding . Nature Communicationsvolume 10, Article number: 1320 (2019); DOI: 10.1038/s41467-019-09251-5

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