Das Spike-Protein des neuartigen Coronavirus spielt eine weitere Schlüsselrolle bei Krankheiten

Das Spike-Protein des neuartigen Coronavirus spielt eine weitere Schlüsselrolle bei Krankheiten

Forscher und Mitarbeiter von Salk zeigen, wie das Protein Zellen schädigt, und bestätigen, dass es sich bei COVID-19 um eine primär vaskuläre Erkrankung handelt

LA JOLLA – Wissenschaftler wissen seit einiger Zeit, dass die charakteristischen „Spike“-Proteine ​​von SARS-CoV-2 dem Virus dabei helfen, seinen Wirt zu infizieren, indem sie sich an gesunde Zellen heften. Nun zeigt eine große neue Studie, dass die Virus-Spike-Proteine ​​(die sich ganz anders verhalten als die durch Impfstoffe sicher kodierten Proteine) auch eine Schlüsselrolle bei der Krankheit selbst spielen.

Das Papier wurde am 30. April 2021 in veröffentlicht Zirkulationsforschung, zeigt auch schlüssig, dass es sich bei COVID-19 um eine Gefäßerkrankung handelt, und zeigt genau, wie das SARS-CoV-2-Virus das Gefäßsystem auf zellulärer Ebene schädigt und angreift. Die Ergebnisse helfen dabei, die große Vielfalt scheinbar unzusammenhängender Komplikationen von COVID-19 zu erklären, und könnten die Tür für neue Forschungen zu wirksameren Therapien öffnen.

„Viele Leute halten es für eine Atemwegserkrankung, aber in Wirklichkeit handelt es sich um eine Gefäßerkrankung“, sagt Assistenzprofessor Uri Manor, Co-Senior-Autor der Studie. „Das könnte erklären, warum manche Menschen Schlaganfälle erleiden und warum manche Menschen Probleme in anderen Körperteilen haben. Die Gemeinsamkeit zwischen ihnen besteht darin, dass sie alle vaskuläre Grundlagen haben.“

Salk-Forscher arbeiteten an der Arbeit mit Wissenschaftlern der University of California San Diego zusammen, darunter unter anderem Co-Erstautor Jiao Zhang und Co-Senior-Autor John Shyy.

Auch wenn die Ergebnisse selbst nicht völlig überraschend sind, bietet das Papier erstmals eine klare Bestätigung und eine detaillierte Erklärung des Mechanismus, durch den das Protein Gefäßzellen schädigt. Es besteht ein wachsender Konsens darüber, dass SARS-CoV-2 das Gefäßsystem beeinflusst, aber wie genau dies geschieht, wurde nicht verstanden. In ähnlicher Weise vermuten Wissenschaftler, die andere Coronaviren untersuchen, seit langem, dass das Spike-Protein zur Schädigung von Gefäßendothelzellen beiträgt, doch dies ist das erste Mal, dass dieser Prozess dokumentiert wurde.

In der neuen Studie schufen die Forscher ein „Pseudovirus“, das von der klassischen SARS-CoV-2-Krone aus Spike-Proteinen umgeben war, aber kein tatsächliches Virus enthielt. Die Exposition gegenüber diesem Pseudovirus führte in einem Tiermodell zu einer Schädigung der Lunge und Arterien – ein Beweis dafür, dass das Spike-Protein allein ausreichte, um Krankheiten auszulösen. Gewebeproben zeigten Entzündungen in Endothelzellen, die die Wände der Lungenarterien auskleiden.

Das Team wiederholte diesen Prozess dann im Labor und setzte gesunde Endothelzellen (die die Arterien auskleiden) dem Spike-Protein aus. Sie zeigten, dass das Spike-Protein die Zellen durch Bindung von ACE2 beschädigte. Diese Bindung störte die molekulare Signalübertragung von ACE2 an Mitochondrien (Organellen, die Energie für Zellen erzeugen), wodurch die Mitochondrien beschädigt und fragmentiert wurden.

Frühere Studien haben einen ähnlichen Effekt gezeigt, wenn Zellen dem SARS-CoV-2-Virus ausgesetzt wurden. Dies ist jedoch die erste Studie, die zeigt, dass der Schaden auftritt, wenn Zellen allein dem Spike-Protein ausgesetzt werden.

„Wenn man die Replikationsfähigkeiten des Virus aufhebt, hat es immer noch eine große schädigende Wirkung auf die Gefäßzellen, einfach aufgrund seiner Fähigkeit, an diesen ACE2-Rezeptor, den S-Protein-Rezeptor, zu binden, der jetzt dank COVID berühmt ist“, erklärt Manor . „Weitere Studien mit mutierten Spike-Proteinen werden auch neue Erkenntnisse über die Infektiosität und Schwere mutierter SARS-CoV-2-Viren liefern.“

Als nächstes wollen die Forscher den Mechanismus genauer untersuchen, durch den das gestörte ACE2-Protein Mitochondrien schädigt und sie dazu bringt, ihre Form zu verändern.

Weitere Autoren der Studie sind Yuyang Lei und Zu-Yi Yuan von der Jiaotong-Universität in Xi'an, China; Cara R. Schiavon, Leonardo Andrade und Gerald S. Shadel von Salk; Ming He, Hui Shen, Yichi Zhang, Yoshitake Cho, Mark Hepokoski, Jason X.-J. Yuan, Atul Malhotra, Jin Zhang von der University of California San Diego; Lili Chen, Qian Yin, Ting Lei, Hongliang Wang und Shengpeng Wang vom Gesundheitswissenschaftszentrum der Xi'an Jiatong University in Xi'an, China.

Die Forschung wurde von den National Institutes of Health, der National Natural Science Foundation of China, dem Shaanxi Natural Science Fund, dem National Key Research and Development Program, dem First Affiliated Hospital der Xi'an Jiaotong University; und Xi'an Jiaotong Universität.

DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.121.318902