Vielen vielen Dank für das rege Interesse an meinem Artikel von letzter Woche, in dem ich erklärt habe, dass SARS-CoV-2 an das ACE2 Protein auf unseren Zelloberflächen bindet, um dann zusammen mit ACE2 ins Innere unsere Zellen zu gelangen. In letzter Zeit war sehr oft zu lesen, dass Covid-19 nicht nur eine Infektion der Lunge mit sich bringt, sondern vielleicht noch viele andere Gewebe  und dass das einfach daran läge, dass ACE2 noch in vielen anderen Geweben vorhanden ist. Die Idee dahinter: alle Zellen die ACE2 tragen, können von SARS-CoV2 infiziert werden. Nun, heute möchte ich erklären, warum das nur eingeschränkt gilt. Genauer betrachtet bindet nämlich zuerst ein Teil (der S1 Teil) des viralen Spike-Proteins an den ACE2 Rezeptor und dann passiert...

...erstmal nichts weiter! Denn erst wenn nun eine bestimmte Protease, also ein Protein-spaltendes Enzym, das Spike-Protein an einer ganz bestimmten Stelle spaltet und somit den S2 Teil freilegt, geht's weiter. Denn es ist dieser freiliegende S2 Abschnitt der es dem Virus erlaubt mit der Zellmembran der Wirtszelle zu verschmelzen. Diese Spaltung und damit Aktivierung des Spike-Proteins nennt man auch priming. Damit eine Zelle von SARS-CoV2 infiziert werden kann, braucht es also neben ACE2 auch diese besondere Protease an ihrer Zelloberfläche. Da diese Protease Proteine nur hinter der Aminosäure Serin zu spalten scheint, wurde sie Transmembrane Serine Protease 2, oder kurz TMPRSS2, genannt.

Coronaviren. Darüber wusste ich für meinen Teil bis zu Beginn dieses so besonderen Jahres 2020 eigentlich gar nichts. Aber dieses Jahr kam eben alles anders und mittlerweile habt ihr vermutlich alle schon zur Genüge vom neuesten Coronavirus-Stamm, SARS-CoV2, gehört. Zur Sicherheit dennoch kurz zur Einordnung: SARS-CoV2 ist der dritte Stamm von Coronaviren, der in jüngster Vergangenheit erfolgreich das Spektrum seiner Wirtstiere um den Menschen erweitert hat und in diesem neuen Wirt, uns Menschen, schwere Atemwegserkrankungen auslösen kann. Die ersten beiden Coronaviren, denen dies gelang, waren SARS-CoV, das 2002/03 die erste Pandemie des 21. Jahrhunderts auslöste, und MERS-CoV, das seit 2012 unterwegs ist. Von diesen drei Viren scheint MERS-CoV das tödlichste zu sein. Da es aber nur schwer von Mensch zu Mensch übertragbar ist, breitet es sich nur sehr langsam aus (wobei durchaus die Gefahr droht, dass sich dies irgendwann ändern könnte). Das erste (2003) SARS-CoV ist dem aktuellen SARS-CoV2 in vielerlei Hinsicht sehr ähnlich. Sie sind von einer Fetthülle umgeben, weswegen sie durch Seife oder Desinfektionsmittel auch leicht zu zerstören sind. In dieser Fetthülle sitzen die sogenannten Spike Proteine (in der Grafik rot dargestellt), die an ganz bestimmte Proteine auf Zelloberflächen binden können, um dem Virus dann das Eindringen zu ermöglichen. Beide SARS-Coronaviren binden dabei mit ihrem Spike-Protein an die gleichen Oberflächenproteine auf unseren Zellen: ACE2 und TMPRSS2, wobei der neue SARS-CoV2 nach einigen Mutationen mit 10-20-fach erhöhter Affinität an ACE2 bindet, als es der ursprüngliche SARS-Virus getan hat. Das trägt maßgeblich dazu bei, dass das neue SARS-CoV2 so besonders infektiös ist. Sowohl ACE2 als auch TMPRSS2 werden daher momentan mit Hochdruck näher erforscht. Dies erfolgt vor allem im Hinblick auf mögliche Therapien, die an diesen Proteinen ansetzen könnten. In diesem Artikel werde ich euch das ACE2 Protein näher vorstellen; nächste Woche dann TMPRSS2.

Mittlerweile ist die Anzahl von Forschungsarbeiten, die die Funktion eines bestimmten Gens in einem bestimmten Modellorganismus und unter bestimmten Bedingungen beschreiben, unüberschaubar geworden. Dass allerdings Arbeiten veröffentlicht werden, die einen komplett neuen zellulären Mechanismus beschreiben, der vielleicht in allen tierischen und pflanzlichen Zellen abläuft, uns aber bislang verborgen blieb, das ist wirklich selten. Deswegen sind die beiden Artikel, die letzte Woche in der Fachzeitschrift Nature erschienen sind, auch etwas besonderes. Und um zu verstehen, was sie so besonders macht, müssen wir uns ein Paradox der Genetik vor Augen führen, dass sich über die letzten Jahre immer stärker präsentiert hat.

Gentechnische Methoden wie beispielsweise CRISPR erlauben heutzutage das gezielte Mutieren eines Gens, sodass die Funktion des codierten Proteins vollständig verloren geht; man spricht dann von einem knock-out. Andere Verfahren, wie zum Beispiel die Anwendung von RNA Interferenz, erlauben das Herunterregulieren der Genfunktion indem sie die mRNA, also die Abschrift des entsprechenden Gens blockieren oder ihren Abbau einleiten. Dadurch wird die Translation dieser mRNA Moleküle gestört, sodass sehr viel weniger des entsprechenden Proteins gebildet wird. Dabei bleiben in der Regel aber ein paar funktionsfähige Moleküle übrig, weswegen man von knock-down Verfahren redet. Absurderweise wurde aber mehrmals beobachtet, dass diese knock-down Ansätze zu einem stärkeren Effekt führen, als die davor genannten knock-out Ansätze, die doch zu einem vollständigen Verlust des untersuchten Proteins führen. Wie ist das möglich? Das gesamte Forschungsfeld stand vor einem Rätsel…

picture modified from Goldstein Lab via flickr

Wer letztens Zeitung gelesen hat, konnte es kaum verpassen: die Süddeutsche Zeitung hat darüber geschrieben, aber auch die Zeit, der Standard, die Welt, tagesschau.de und sogar die Bild Zeitung: auf dem Mond soll es nun Leben geben! Die Fragen: seit wann? woher? und welcher Art? sind dabei leicht zu beantworten: seit April 2019, von der Erde und es handelt sich um Bärtierchen, auch Wasserbären oder Tardigraden genannt. Ich erinnere mich noch gut an mein Biologiestudium: Bärtierchen waren damals ein highlight! Seit meiner Spezialisierung auf molekulare Medizin, Entwicklungsbiologie und Genetik hatte ich dann aber leider nichts mehr mit diesen niedlichen mikroskopisch kleinen Kreaturen zu tun. Deshalb hab‘ ich mich umso mehr gefreut, innerhalb der letzten paar Jahre vermehrt Artikel zu Bärtierchen zu finden. Dabei war vor allem ihre unglaubliche Widerstandsfähigkeit gegenüber Strahlung von Interesse. Und diese Superkraft wird Bärtierchen vor allem durch das dieswöchige Gen Dsup, damage suppressor protein, verliehen. Achtung: das dsup Gen sollte dabei nicht mit dem sup Gen verwechselt werden. Denn sup codiert das SUPERMAN Protein der Acker-Schmalwand, arabidopsis thaliana, dem wohl wichtigsten pflanzlichen Modellorganismus (aber dazu vielleicht irgendwann einmal mehr in einem anderen Artikel).

Virus: CowpeaMosaicVirus3D by Thomas Splettstoesser for wikimedia.org, CC-BY-SA-3.0

Das Jahr 2018 neigt sich dem Ende zu und wieder war es ein extrem ereignisreiches Jahr für die Molekularbiologie und Biomedizin. CRISPR hat die Schlagzeilen rund um den Erdball erobert. Aber nicht jede Forschungsarbeit, die in diesem Jahr Aufsehen und größtes Erstaunen hervorgerufen hat, hatte unmittelbar mit CRISPR zu tun. Schon im Januar 2018 kamen in der gleichen Ausgabe der Fachzeitschrift Cell zwei Artikel raus, die dafür sorgten, dass etlichen Mitgliedern unserer Arbeitsgruppe, darunter mir, die Kinnlade runtergeklappt ist. Und da ich es damals – aufgrund akuten Zeitmangels – nicht geschafft habe, zu erklären warum diese beiden Artikel einen derartigen Effekt hatten, gibt es heute einen längst schon überfälligen Artikel zum ARC Gen und zu der Frage ob vielleicht ein evolutionär uralter Virus(!) dafür verantwortlich sein könnte, dass wir uns an so viele Dinge erinnern können.

[english site still under construction, sorry! ;-)]

Wow! surprised Ich freue mich riesig über den Sonderpreis der Redaktion von "Wissenschaft kommuniziert" Vielen Dank!!!