Wie SARS-CoV-2 die Wirtszellen verändert

Die Therapie von COVID-19 besteht derzeit aus der supportiven und symptomatischen Versorgung. Die Forschergruppe am virologischen Institut der Universität Frankfurt identifizierte zelluläre Signalwege, die von einer Infektion mit SARS-CoV-2 beeinflusst werden. Daraus ergaben sich vielsprechende Ansätze für eine kausale Behandlung.

Die Wissenschaftler nutzten eine neue Methode (Multiplexed enhanced Protein Dynamics [mePROD]), mit der modulierte Translationsleistungen und Proteomveränderungen im Zeitverlauf erfasst werden. Dafür stand ein Zellkulturmodell mit einer Darmzelllinie zur Verfügung (Caco-2-Zellen).

Nach der Infektion mit SARS-CoV-2 nahm die Virus-DNA schnell zu. Die Färbung viraler Nukleoproteine ergab eine Produktion von Virusproteinen in den meisten Wirtszellen. Für ein zeitliches Profil der SARS-CoV-2-Infektion erfolgte eine 2- bis 24-stündige Kultivierung der infizierten Zellen. Die quantifizierten Veränderungen der Translatome (2715 Proteine) und Proteome (6382 Proteine) wurden mit nicht infizierten Zellen verglichen. Die meisten RNA-Viren reduzieren den Proteinstoffwechsel ihrer Wirtszelle zugunsten der eigenen Proteinproduktion. Bei SARS-CoV-2 nahmen die Translationsraten der Wirtszelle und des Virus hingegen zu. Bei 244 Proteinen bestand eine extensive Anreicherung. Außerdem stiegen Splicing-Mechanismen und die Basensynthese deutlich an. Daraus entstand die Hypothese einer Wirksamkeit von Translationsinhibitoren. Cycloheximid und Emetin reduzierten in nicht toxischen Konzentrationen signifikant die SARS-CoV-2-Replikation.

Frühzeitig postinfektiös bestanden nur geringfügige Veränderungen des Wirtsproteoms. 24 Stunden nach der Infektion zeigte sich eine ausgeprägte Modulation. Der Cholesterinstoffwechsel war herunterreguliert, die Kohlehydrat- und Proteinsynthese angekurbelt. Die Zugabe von Pladienolid, einem Splicing-Inhibitor, verhinderte die Virusvermehrung. Die Glykolysehemmung mit dem Hexokinaseinhibitor 2-Deoxy-D-Glukose führte ebenfalls zu einer Beeinträchtigung der Virusreplikation. Beide Substanzen wurden als mögliche therapeutische Wirkstoffe bei einer SARS-CoV-2-Infektion bezeichnet.

Für die Identifizierung möglicher weiterer Replikationsinhibitoren führten die Forscher eine Genontologie mit 459 Proteinen durch. Die Virusvermehrung hing von diversen untergeordneten Nukleinsäuresignalwegen ab. Ribavirin hemmt die Inosinmonophosphat-Dehydrogenase, die die Synthese von Guanosin-Nukleotiden eindämmt und bei den Coronaviren HCoV-43, CoV-NL63 und MERS-CoV, nicht aber bei SARS-CoV wirksam war. Möglicherweise stellt die Substanz aber bei COVID-19 eine therapeutische Option dar. p97 ist eine Schlüsselkomponente des Proteingleichgewichts auf molekularer Ebene. Der bei der Influenza A und B wirksame p97-Inhibitor NMS-873 verhinderte in niedrigen, nanomolaren Konzentrationen die Replikation von SARS-CoV-2.

Dr. med. Susanne Krome, Melle

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