Ausbreitung von Proteinaggregaten

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Wie Virusinfektionen Alzheimer und Parkinson fördern könnten

Fehlgefaltete Proteine, die sich zu Aggregaten zusammenlagert haben, können auf andere Zellen übergehen und ihre anomale Gestalt dort an Proteine der gleichen Art weitergeben. Dadurch breiten sich Prion-Erkrankungen wie die Creutzfeld-Jakob-Krankheit im Gehirn aus. Ein ähnliches Geschehen vermuten Wissenschaftler für die Alzheimer- und Parkinson-Krankheit – neurodegenerative Erkrankungen, die ebenfalls durch Ansammlungen anomaler Proteine im Gehirn gekennzeichnet sind.

»Die genauen Mechanismen der Verbreitung sind unbekannt«, sagt Ina Vorberg, Forschungsgruppenleiterin am DZNE-Standort Bonn und Professorin an der Universität Bonn. Die Übertragung der Proteinaggregate könne unter anderem über den direkten Zellkontakt oder über extrazelluläre Vesikel – winzige Bläschen, die von einer Lipidhülle umgeben sind und der Kommunikation zwischen Zellen dienen – erfolgen. In beiden Fällen spiele aber wahrscheinlich die Wechselwirkung eines Stoffes (Ligand) mit einem Rezeptor eine Rolle, so Vorberg. »Denn in beiden Szenarien müssen Membranen in Kontakt treten und miteinander verschmelzen. Das geht leichter, wenn Liganden vorhanden sind, die an Rezeptoren auf der Zelloberfläche binden und dann eine Fusion der beiden Membranen hervorrufen.«

In Versuchsreihen mit Zellkulturen untersuchten die Forschenden, wie Prionen oder Aggregate aus Tau-Proteinen zwischen Zellen übertragen werden. Dabei wurden die Zellen dazu veranlasst, bestimmte virale Proteine herzustellen, wie es bei einer viralen Infektion der Fall wäre. Gewählt wurden dafür das SARS-CoV-2-Spike-Protein und das Vesikuläre Stomatitis-Virus-Glykoprotein (Virus, das Rinder und andere Tiere infiziert). Außerdem waren die Zellen mit Rezeptoren für die viralen Proteine ausgestattet: nämlich LDL-Rezeptoren, Andockstellen für VSV-G, und humanes ACE2, Rezeptor für das Spike-Protein des Coronavirus SARS-CoV-2.

Die viralen Proteine wurden den Studienergebnissen zufolge sowohl in die Zellmembran als auch in die extrazellulären Vesikel eingebaut. Die Wissenschaftler stellten fest, dass die Proteinaggregate sich in Anwesenheit der viralen Proteine deutlich stärker ausbreiteten. »Die viralen Liganden sorgten für effizienten Transfer beziehungsweise Zustellung der Aggregate an die Empfängerzellen, in denen neue Aggregate induziert wurden. Die Liganden wirken wie Schlüssel, die die Empfängerzellen aufschließen und so die gefährliche Fracht einschleusen«, verdeutlicht Vorberg. »Sicherlich bilden unsere zellulären Modelle nicht die vielen Aspekte des Gehirns mit seinen sehr spezialisierten Zelltypen ab. Dennoch konnten wir zeigen, dass unabhängig vom Zelltyp, der die pathologischen Aggregate produzierte, die viralen Liganden zu einer verstärkten Ausbreitung missgestalteter Proteine zwischen den Zellen führten.«

Bei neurodegenerativen Erkrankungen fänden sich manchmal bestimmte Viren im Gehirn des Patienten, so Vorberg weiter. Man vermute bereits, dass sie dort Entzündungen hervorrufen und neurodegenerative Veränderungen beschleunigen. »Virale Proteine könnten aber auch noch anders wirken: Sie könnten die interzelluläre Ausbreitung von Proteinaggregaten verstärken, die bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer bereits im Gange ist«, so Vorberg. Die Prozesse müssten nun genauer mit Viren untersucht werden, die das Nervensystem befallen.