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Wissenschaftler enthüllen, wie Herpes-Virus in unseren Zellen hijacks und versteckt
Neue Forschungen zeigen, wie das verbreitete Virus, das Fieberbläschen verursacht - Herpes simplex 1 - in unsere Zellen eindringt und die Kontrolle über ihre Maschinen übernimmt, um sich selbst zu replizieren und sich vor dem Immunsystem zu verstecken.
Viren setzen ihre DNA in Wirtszellen ein und benutzen ihre Maschinen, um Kopien von sich selbst zu machen.
Die Entdeckung ist bedeutsam, weil sie neue Informationen darüber liefert, wie das Virus Prozesse in der Zelle und nicht das Immunsystem beeinflusst.
Forscher der Universität Cambridge in Großbritannien und zwei deutsche Einrichtungen, die Julius-Maximilians-Universität Würzburg und die Ludwig-Maximilians-Universität München, berichten über ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Naturkommunikationen.
Sie beschreiben, wie HSV-1 seine DNA in unsere Zell-DNA einbringt, die Produktion von Zellproteinen übernimmt und unterbricht, während es die perfekten Versionen seiner eigenen Proteine ??herstellt.
Herpes Simplex Virus 1 (HSV-1) ist sehr häufig und in der Regel harmlos. Die meisten Menschen werden mit Anfang 20 infiziert, und nach der ersten Infektion bleibt das Virus in den Geweben des Gesichtsnervs latent.
Hin und wieder flammt das Virus auf und verursacht leichte Erkältungssymptome. Aber es gibt auch Fälle, in denen HSV-1 zu lebensbedrohlichen Erkrankungen führen kann. Zum Beispiel kann es auf Intensivstationen schwere Lungenprobleme verursachen.
Und selbst bei gesunden Menschen gibt es seltene Fälle, in denen HSV-1 spontan eine Entzündung des Gehirns verursachen kann, was zu einer irreversiblen Hirnschädigung führt.
Von Genen zu Proteinen: Transkription und Translation
Unser DNA-Code enthält die Anweisungen für die Herstellung aller Zellen unseres gesamten Körpers und die Arbeit, die sie leisten. Jede Zelle enthält die DNA für das ganze Individuum, aber nicht jede Zelle muss alle Anweisungen in der gesamten DNA befolgen.
Die DNA allein macht nichts. Stellen Sie sich vor, eine Zelle ist wie eine Fabrik - ihre DNA enthält die Karte der Fabrik und die Bedienungsanleitungen für ihre Produktionslinie. Damit die Fabrik funktioniert, braucht es Arbeiter und Maschinen. Das zelluläre Äquivalent dazu sind Proteine ??- die Arbeitspferde, die alle Zellfunktionen ausführen.
Um die Arbeitspferde oder Proteine ??herzustellen, machen Zellen Arbeitskopien der Gene in der DNA, die für sie relevant sind. Daher kopieren Leberzellen Gene in die DNA, die für Leberzellen relevant sind, und ignorieren Gene und Codebits, die für die Lunge und andere Zellarten relevant sind.
Eine Arbeitskopie eines Gens zur Herstellung eines Proteins wird als Transkription bezeichnet. Die Transkription wird in RNA-Molekülen gehalten - sie entscheiden, welche Proteine ??von der Zelle hergestellt werden sollen.
Die nächste Stufe, in der RNA-Moleküle die Zellmaschinerie anweisen, Proteine ??zu erzeugen, wird Translation genannt. Der Prozess der Verwendung von DNA zur Herstellung von Proteinen hat also zwei Stufen - Transkription und Translation.
HSV-1 bewirkt, dass die Transkription von Wirtszellproteinen "Endcodes" ignoriert
Viren sind nicht wie Zellen - sie haben DNA, aber keine Maschinen. Sie überleben, indem sie ihre DNA in die DNA von Wirtszellen einfügen, so dass die Zellmaschinerie anstelle von Proteinen für die Zellen Virusproteine ??und Kopien des Virus bildet. Schließlich platzt die Wirtszelle und gibt alle neuen Viruspartikel frei, so dass sie frei sind und andere Wirtszellen entführen können.
Innerhalb weniger Stunden nach der Invasion einer Wirtszelle hat HSV-1 die proteinbildende Maschinerie beschlagnahmt und produziert seine eigenen Proteine ??und Kopien von sich selbst in einem massiven Maßstab.
Die neue Studie untersucht detailliert, wie HSV-1 dies erreicht und sich dem Nachweis durch das Immunsystem entzieht, das Zellen normalerweise abnormal behandelt und sie tötet, bevor sie zu viel Schaden anrichten können.
Das Forscherteam verwendete Kulturen von Fibroblasten - eine Art von menschlicher Bindegewebszelle. Sie bemerken, dass dies eine ideale Zelle ist, um zu untersuchen, wie HSV-1 die Kontrolle über RNA-Moleküle und die Gentranskription übernimmt.
Die Forscher fanden heraus, dass HSV-1 innerhalb von 4 Stunden nach Eintritt in die Zelle etwas völlig unerwartetes tut. Üblicherweise stoppt der Prozess der Transkription der DNA in RNA, wenn sie das Ende des Gens erreicht. Ein Abschnitt des Codes, der das Ende des Gens markiert, sagt dem Transkriptionsprozess zu stoppen.
In einer von HSV-1 kontrollierten Wirtszelle ignoriert der Transkriptionsprozess jedoch diese End-Codes und setzt blind tausende von irrelevanten Abschnitten von A-, C-, G- und T-Code - manchmal von benachbarten Genen - von der DNA in die RNA um. Das Ergebnis sind Massen unbrauchbarer RNA-Produkte, die nicht in Proteine ??übersetzt werden können.
Einer der leitenden Forscher, Professor Lars Dölken von der Cambridge-Abteilung für Medizin und Würzburgs Institut für Virologie, beschreibt die Wirkung von HSV-1 auf den Transkriptionsprozess des Wirts:
"Es ist wie jemand, der eine Kurzgeschichte transkribiert, aber anstatt bei 'The End' anzuhalten, werden alle Urheberrechts- und Veröffentlichungsdetails und ISBN-Nummern am Anfang und am Ende des Buches fortgeschrieben. Dies erzeugt viele bedeutungslose, verwirrende und nutzlose Information. "
In der Zwischenzeit werden Virusproteine ??perfekt transkribiert
Eine weitere interessante Entdeckung ist, dass, obwohl die Wirts-DNA in Nonsense transkribiert wird, die virale DNA während der Infektion perfekt transkribiert wird.
Somit erzeugt HSV-1 zwei Ergebnisse, die zu seinem Vorteil sind. Die Wirkung der Produktion von Nonsense aus der DNA der Wirtszelle bewirkt, dass sich die Zelle selbst absperrt und das Immunsystem daran hindert, das Virus anzugreifen. Und dies wiederum hilft, die Produktion von viralen Proteinen und die Produktion neuer Viruspartikel zu erhöhen.
Die Forscher bemerken, dass ihre Entdeckung erklären könnte, warum so viele frühere Studien vorgeschlagen haben, dass HSV-1 eine große Anzahl von Genen aktiviert, die die normale Transkription des Wirts übersehen würde. Sie legen nahe, dass noch etwas anderes passiert: Weil die Transkription nicht bei den Endcodes endet, kann es so aussehen, als würden Hunderte von zusätzlichen Genen transkribiert, aber diese werden niemals in Proteine ??übersetzt. Prof. Dölken erklärt:
"Im Gegensatz zu früheren Studien, in denen nur einzelne Gene untersucht wurden, fanden wir auch keinen Hinweis darauf, dass das Virus die Prozessierung von RNA im Zellkern, das sogenannte Spleißen, generell behindert, sondern ungewöhnliche Spleißereignisse, von denen viele noch nie beobachtet wurden . "
Die Studie erzielt auch einen bedeutenden Fortschritt in der Methode zur Untersuchung von Viren in Zellen. Es zeigt, wie ein einzelner experimenteller Ansatz verwendet werden kann, um alle Änderungen der Wirts-RNA-Transkription und ihre Wirkung auf die Proteinproduktion zu beobachten und aufzuzeichnen.
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