Wie ein Ball, der in die Maschen eines Fussballtors gedroschen wird, das Netz ausbeult, welches sich eng um das Leder anlegt: So sieht es aus, wenn das Simian Virus 40 (SV40) in eine Zelle eindringt. Das Virus dockt auf der Zellmembran an, diese stülpt sich tief ein, legt sich hauteng und dicht um den Eindringling an, ein Bläschen entsteht, das schliesslich ins Innere der Zelle abgeschnürt wird.

Geeigneter Trojaner nötig

Wie es zu dieser dramatischen Veränderung der Zellmembran kommt, um dem Virus sein Eindringen zu ermöglichen, konnten Wissenschaftler bis vor kurzem nicht erklären. Eine neue Arbeit, die eben in Nature Cell Biology erschienen ist, wirft nun neues Licht auf den Mechanismus, mit dem das SV40 seinen Wirt überlistet.

Will sich ein Virus fortpflanzen, stellt sich generell die gleiche Frage: Wie gelangt es in eine Zelle, um deren Vervielfältigungsmechanismus für eigene Zwecke zu nutzen? Denn obwohl Viren je nach Art ein kurzes Stück Erbinformation in sich tragen, müssen sie in die Zelle und deren Kern eindringen, um sich zu vervielfältigen. Dort produziert die zelleigene Replikationsmaschine neue Viren, die die Zelle verlassen und weitere Zellen infizieren.

Fette wie Klettverschlüsse

SV40 hat nun eine ganz eigene Strategie entwickelt. Statt sich wie die meisten anderen Viren über ein durch das Eiweiss-Molekül Clathrin vermitteltes Bläschen einzuschleusen, dockt sich dieses Polyomavirus mit vielen Bindestellen, die auf seiner Hülle sitzen, an spezielle Fette der Zellmembran an. Dies funktioniert ähnlich wie ein Klettverschluss. Die einzelne Verbindung ist schwach, aber viele Verbindungen sind stark. Sobald sich das Virus an viele Fette angedockt hat, ändert sich die Membran der Zelle dramatisch: Sie stülpt sich tief ein und umgibt im Lauf der Zeit das Virus ganz, bildet zum Ende hin ein Bläschen, das ins Zellinnere abgeschnürt wird.

Diese Einstülpung kommt jedoch nur dann zustande, wenn das Virus mindestens fünf Fett-Bindungen eingeht. Die Membran legt sich dabei so eng um das Virus, dass zwischen deren Oberfläche und dem Virus kaum mehr Platz bleibt. Dem Virus seinerseits ist viel daran gelegen, möglichst viele seiner Bindestellen mit der Membran in Kontakt zu bringen. Die Forscher konnten zeigen, dass es zwingend mehrere Verkettungen braucht, damit sich die Membran einstülpt.

Kurze Ketten binden nicht

Zudem müssen auf der Virusoberfläche die richtigen Fette vorhanden sein. Die Kohlenstoffketten als Teil des Fettes müssen die richtige Länge haben. Sind sie zu kurz, dann stülpt sich die Membran ebenfalls nicht ein. Das zeigten Versuche mit strukturell veränderten Fetten.

«Uns hat überrascht, dass es auch bei Fetten einen Bezug von Struktur und Funktion gibt», bemerkt ETH-Gruppenleiter Helge Ewers, der als Erstautor des Papers zeichnet. Bei Proteinen sind solche Schlüssel-Schloss-Prinzipien gang und gäbe. «Mit dieser Arbeit beweisen wir, dass es auch für Fette so sein kann», sagt der ehemalige Doktorand von Ari Helenius, Professor für Biochemie.

Weit verbreiteter Mechanismus

In Zusammenarbeit mit dem Institut Curie in Frankreich konnten die ETH Forscher zeigen, dass SV40 nicht das einzige Pathogen ist, das sich über Multi-Lipid-Bindungen Zugang zu Zellen verschafft. Diesen Weg nehmen auch Toxine von Bakterien, wie etwa das Cholera-Toxin oder das Mäuse-Poliomavirus. Es scheint sich also um einen weit verbreiteten Mechanismus zu handeln.

Therapeutisch lässt sich dieses Wissen allerdings noch nicht verwenden. Noch immer eliminieren antivirale Medikamente die infizieren Zellen. Dass es Wirkstoffe gibt, die die viralen Fett-Bindung blockieren, hält Ewers für schwierig realisierbar.

SV40

SV40 infiziert natürlicherweise asiatische Affen, wie Makaken und Rhesusaffen. Es kann sich aber auch auf den Menschen übertragen. In den 60er Jahren wurde es in Kulturen von Nierenzellen aus Rhesusaffen entdeckt. Die Zellen wurden zur Herstellung von Impfstoffen gegen Polio, der Kinderlähmung, gebraucht. Bei der Impfung in den Jahren 1955 bis 1963 wurden wahrscheinlich mehrere Millionen Menschen mit SV40 angesteckt. Wie andere Polyomaviren kann SV40 unter bestimmten Bedingungen Tumore hervorrufen. Die Infektion bleibt jedoch in den meisten Fällen symptomlos. In Menschen konnten keine direkten Zusammenhänge zwischen einer SV40-Infektion und der Entstehung von Krebs nachgewiesen werden. Onkogene dieses Virus‘ spielen jedoch eine Rolle bei der Entstehung von Krebszellen aus humanen Zellen in Zellkultur.

Literaturhinweis:

Ewers H et al. GM1 structure determines SV40-induced membrane invagination and infection. Nature Cell Biology 12, 11 - 18 (2010). Published online: 20 December 2009 doi:10.1038/ncb1999.