Studie zu Zika-Virus zeigt mögliche Ursachen für Hirnfehlbildungen

Zika-Virus-Proteine hemmen Hirnentwicklung

Das wissenschaftliche Team der Zika-Virus Studie (von links nach rechts): Pietro Scaturro, Prof. Andreas Pichlmair und Dr. Alexey Stukalov. (Bild: A. Eckert / TUM)
Das wissenschaftliche Team der Zika-Virus Studie (von links nach rechts): Dr. Pietro Scaturro, Prof. Andreas Pichlmair und Dr. Alexey Stukalov. (Bild: A. Eckert / TUM)

Forschung

Bei gesunden Menschen verursacht das Zika-Virus Symptome einer Grippe. Bei einer Infektion während der Schwangerschaft können beim Kind über noch ungeklärte Mechanismen schwere Fehlbildungen des Gehirns auftreten. Eine Studie der Technischen Universität München (TUM) und des Max-Planck-Instituts für Biochemie (MPI-B) zeigt, dass das Zika-Virus zelluläre Proteine bindet, die für die neuronale Entwicklung notwendig sind.

Vor einigen Jahren verbreitete sich das Zika-Virus über Südamerika und wurde zum globalen Gesundheitsproblem. Viele Frauen, die dort zu Beginn der Schwangerschaft über den Stich einer Mücke erstmalig mit dem Virus in Kontakt kamen, brachten behinderte Kinder zur Welt. Die Babys litten unter einer sogenannten Mikrozephalie. Sie wurden mit einem zu kleinen Gehirn geboren, was geistige Behinderungen und andere schwerwiegende neurologische Störungen zur Folge haben kann.


Dass Zika-Virus-Infektionen diese Fehlbildungen auslösen, konnte wissenschaftlich gezeigt werden. Warum sie entstehen, blieb bisher ungelöst. Andreas Pichlmair, Professor für Immunpathologie von Virusinfektionen an der TUM, und sein Team des TUM Instituts für Virologie und dem MPI-B haben untersucht, wie das Zika-Virus menschliche Gehirnzellen beeinflusst. Sie fanden so heraus, welche Virusproteine die Fehlbildungen im Mutterleib hervorrufen könnten.

Gefährlicher Nebeneffekt der Virusvermehrung

„Zika-Virus ist eng verwandt mit dem Hepatitis-C-Virus und einigen Tropenviren wie Dengue- und West-Nile-Virus. Es ist jedoch das einzige Virus, das Gehirnschäden in Neugeborenen auslöst.“, erklärt Pichlmair, Leiter der neuen Studie aus dem Fachjournal „Nature“.

Die Forscherinnen und Forscher fanden heraus, dass das Virus bestimmte zelluläre Proteine verwendet, um das eigene Erbgut zu vervielfältigen. Gleichzeitig sind diese Moleküle wichtige neurologische Faktoren, damit sich eine Stammzelle zu einer Nervenzelle entwickelt. „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass das Virus diese Faktoren von der Hirnentwicklung abzieht und für die Vervielfältigung seines Erbguts nutzt. Das Gehirn kann sich so nicht korrekt ausbilden.“, erklärt der Virologe.

Als das Team um Pichlmair die Faktoren in den Zellen entfernte, vermehrte sich das Virus sehr viel schlechter. Sie wiesen sogar nach, welche Virusproteine genau mit diesen Entwicklungsfaktoren in Kontakt treten und die Hirndefekte erklären. „Frühere Studien zeigten, welche Virusproteine für die Verpackung oder die Vermehrung des Viruserbguts notwendig sind. Wie diese Proteine aber die Zelle beeinflussen, war nicht bekannt. Offensichtlich lösen sie – vermutlich eher unabsichtlich – die schweren Defekte bei Ungeborenen aus.“, sagt Pichlmair.

Genaues Bild der Virusinfektion

Das Forschungsteam identifizierte mit seiner großen Proteomik-Studie zelluläre Proteine, die chemisch oder in ihrer Anzahl durch das Virus verändert werden oder an Proteine des Virus binden. Sie konnten so nicht nur zeigen, was die Fehlbildungen verursachen könnte, sondern auch ein sehr genaues Bild davon zeichnen, wie das Virus die Zelle umprogrammiert, um sie für die eigene Vermehrung zu nutzen.

Der Einfluss des Zika-Virus auf die Zelle war enorm: Neun Prozent aller zellulären Proteine wurden chemisch verändert und Virusprotein interagierten mit mehr als 380 Zellproteinen. „Unsere umfassende Datensammlung soll auch dazu dienen, anderen Wissenschaftlern Möglichkeiten aufzuzeigen, therapeutische Ansätze zur Eliminierung von Zika oder verwandten Viren zu entwickeln.“, sagt Pichlmair.

 

Publikation:

Pietro Scaturro, Alexey Stukalov, Darya A. Haas, Mirko Cortese, Kalina Draganova, Anna Płaszczyca, Ralf Bartenschlager, Magdalena Götz and Andreas Pichlmair: An orthogonal proteomic survey uncovers novel Zika virus host factors, Nature, September 2018, DOI: 10.1038/s41586-018-0484-5.

Mehr InformationEN:

Die Studie wurde vom European Research Council (ERC) gefördert und unter anderem im Deutschen Zentrum für Infektionsforschung (DZIF) durchgeführt. Andreas Pichlmair hat eine vom DZIF geförderte Professur inne.

Kontakt:

Prof. Dr. Andreas Pichlmair
Technische Universität München
Institut für Virologie
Tel: +49 89 4140-9270
andreas.pichlmair@tum.de

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Dr. Alexey Stukalov (links) und Pietro Scaturro diskutieren Ergebnisse aus der großen Zika-Virus Studie. (Bild: A. Eckert / TUM)
Dr. Alexey Stukalov (links) und Dr. Pietro Scaturro diskutieren Ergebnisse aus der großen Zika-Virus Studie. (Bild: A. Eckert / TUM)
Prof. Andreas Pichlmair (links) und sein Mitarbeiter Valter Bergant. (Bild: A. Eckert / TUM)
Prof. Andreas Pichlmair (links) und sein Mitarbeiter Valter Bergant. (Bild: A. Eckert / TUM)
Prof. Andreas Pichlmair richtet eine neue Trennsäule im Hochleistungsflüssigkeitschromatographen (HPLC) ein. (Bild: A. Eckert / TUM)
Prof. Andreas Pichlmair richtet eine neue Trennsäule im Hochleistungsflüssigkeitschromatographen (HPLC) ein. (Bild: A. Eckert / TUM)
Infektion einer Schwangeren mit dem Zika Virus durch eine Stechmücke (rechts) resultiert in Replikation von Zika Virus im Embryo. Das Virus verwendet dafür Eiweißmoleküle (hellblau), die wichtig sind für das Wachstum von Neuronen und welche für die Gehirnentwicklung fehlen. Auf der linken Seite der Grafik können sich die Nervenzellen (grün) im Embryo der gesunden Mutter korrekt entwickeln. (Bild: M. Krause / Max-Planck-Institut für Biochemie)
Infektion einer Schwangeren mit dem Zika Virus durch eine Stechmücke (rechts) resultiert in Replikation von Zika Virus im Embryo. Das Virus verwendet dafür Eiweißmoleküle (hellblau), die wichtig sind für das Wachstum von Neuronen und welche für die Gehirnentwicklung fehlen. Auf der linken Seite der Grafik können sich die Nervenzellen (grün) im Embryo der gesunden Mutter korrekt entwickeln. (Bild: M. Krause / Max-Planck-Institut für Biochemie)