RRhinoviral 2A proteinase:Structure cellular targets effects on host cells

Infektionen von humanen Rhinoviren (HRV), langläufig auch als "Schnupfenviren" bekannt, zählen zu den am häufigsten vorkommenden viralen Erkrankungen. Bis jetzt sind über 100 verschiedene HRV-Stämme isoliert worden. Auf Grund der großen Anzahl ist eine Impfung gegen HRV nicht möglich. Daher sind die für die Vermehrung essentiellen viralen Enzyme als mögliche Angriffspunkte für Therapeutika von besonderem Interesse. Als erstes virales Enzym in einer infizierten Zelle wird die "2A Proteinase" gebildet. Im Zuge des Projektes wurde sowohl die Struktur als auch die Funktion dieses Enzyms erforscht. Ungefähr die Hälfte der weltweit auftretenden Erkältungserkrankungen sind auf HRV-Infektionen zurückzuführen. Vor allem die häufige Wiederkehr der HRV-Infektion, die durch die große Anzahl von HRV-Stämmen bedingt ist, stellt ein bisher ungelöstes medizinisches Problem dar. Die Infektion durch HRV ist an sich meist harmloser Natur und mit relativ milden Symptomen verbunden wie Husten, Schnupfen, Heiserkeit etc.; allerdings bewirkt die HRV- Infektion eine Schwächung des Immunsystems, wie wir in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Knapp am Institut für Immunologie zeigen konnten. Dies erklärt, warum es in der Folge von Erkältungserkrankungen mit einer gewissen Häufigkeit zu Sekundärinfektionen durch andere Viren oder Bakterien kommt, die dann unter Umständen schwerere Erkrankungen wie Bronchitis, Asthma und Lungenentzündung auslösen können. HRV sind sehr kleine Viren, die Ribonukleinsäure (RNA) als genetisches Material enthalten. Die genetische Information wird in ein langes Eiweißmolekül übersetzt, das durch virale Enzyme gespalten wird. Da das HRV in seiner Virushülle selbst keine Enzyme mitbringt, müssen diese nach der Infektion in der Zelle neu synthetisiert werden. Als erstes virales Enzym wird die "2A Proteinase" gebildet. Dieses Enzym ist sowohl für die Spaltung des viralen Eiweißmoleküls als auch für die Wechselwirkung mit der Wirtszelle von Bedeutung. Diese bewirkt, daß zu einem frühen Zeitpunkt der Infektion die eigene Synthese der Wirtszelle abgeschaltet wird und die gesamte Syntheseleistung in den Dienst der Vermehrung der Viren gestellt wird. In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Michael James von der University of Alberta in Edmonton, Kanada, haben wir die Struktur der 2A Proteinase bestimmt. Da dies die erste Strukturbestimmung eines solchen Enzyms überhaupt war, war das Ergebnis dieser Forschungen von besonderem Interesse (Petersen et al., 1999, EMBO J. 18, 5463-5475). An Hand der Struktur der 2A Proteinase kann man sowohl den molekularen Mechanismus der Spaltung des viralen Eiweißmoleküls als auch die Wechselwirkung mit zellulären Faktoren erklären. Daß es sich hiebei um eine direkte Spaltung des entsprechenden zellulären Faktors handelt, wurde ebenfalls im Rahmen des vorliegenden Projektes bewiesen (Hunt et al., 1999, Virus Res. 62, 119-128; Liebig et al., 2002, FEBS Lett., im Druck). Zu einem späten Zeitpunkt der Infektion kommt es zu einem Aufbrechen der infizierten Zellen, wobei neue Viren freigesetzt werden. Auch an diesem Prozeß ist die 2A Proteinase beteiligt, indem sie von einem zellulären Molekül, das für die Stabilität der Zelle veranwortlich ist, ein Stück abspaltet (Seipelt et al., 2000, J.Biol.Chem. 275, 20084-20089). Ob dies alleine schon für die Zerstörung der infizierten Zellen ausreicht, muß erst in weiteren Untersuchungen geklärt werden. Die im Rahmen dieses Projektes erzielten Forschungsergebnisse sind in einem Übersichtsartikel zusammengefaßt, der in Kürze erscheinen wird (Kuechler et al., 2002, in Molecular Biology of Picornaviruses, B.L. Semler und E. Wimmer, eds., ASM Press, Washington, DC).