Ludwig-Maximilians-Universität München
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Immunreaktion

Startschuss für die Virenabwehr

München, 07.05.2014

Wissenschaftler von LMU und TUM haben ein Protein als wichtigen Auslöser für die Immunreaktion gegen Viren identifiziert.

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Die Abbildung zeigt eine Fluoreszenzaufnahme von Virus-DNA-Rad50-Card9-Komplexen (gelb) im Zytoplasma (Transmissions Bild) einer Zelle. Nach Infektion der Zelle mit einem DNA-Virus markieren die Wissenschaftler die einzelnen Moleküle, die sie in der Zelle beobachten möchten, mit unterschiedlichen fluoreszierenden Farbstoffen. In blau/magenta leuchtet die DNA, in grün Rad50 und in rot Card9. (Bild: A. Rottach/LMU)

Zellen müssen sich schützen: Zum einen gegen Schäden in ihrem Erbgut, zum anderen gegen Angreifer von außen wie zum Beispiel Viren. Hierfür gibt es unterschiedliche Mechanismen: Spezielle Proteine suchen und erkennen Fehler in der eigenen DNA, während das Immunsystem gegen Eindringlinge vorgeht. Wissenschaftler von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und der Technischen Universität München (TUM) haben jetzt gezeigt, dass beide Schutzmechanismen durch ein gemeinsames Protein miteinander verknüpft sind. Die Ergebnisse ihrer Studie erschienen in Nature Immunology.

DNA kommt in menschlichen Zellen nur im Zellkern als Träger der Erbinformation vor. Um sie zu schützen, suchen spezialisierte Proteine die einzelnen Stränge regelmäßig nach Defekten ab und reparieren diese. Ein Beispiel hierfür ist das Protein Rad50 – ein DNA-Sensor, der an die DNA bindet und fehlerhafte Stellen erkennt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Professor Jürgen Ruland von der TUM und Professor Heinrich Leonhardt von der LMU haben jetzt eine weitere wichtige Aufgabe von Rad50 entdeckt.

Im Zellplasma, das den Zellkern umgibt, findet sich normalerweise keine DNA. Taucht dort aber DNA auf, so handelt es sich häufig um fremde DNA zum Beispiel eines Virus, das die Zelle infiziert hat. Wie auch der Mensch, nutzen einige Virenarten DNA als Träger für die eigenen Erbinformationen. Deshalb hat das angeborene Immunsystem Alarm-Mechanismen entwickelt, die schnell und effektiv fremde DNA im Zellplasma erkennen und das Immunsystem über die Produktion von Botenstoffen aktivieren.

Wie genau diese Aktivierung im Zellplasma aber abläuft, ist weitestgehend unklar. In ihrer Studie zeigten die Forscher jetzt, dass der DNA-Sensor Rad50 aus dem Zellkern auch ein entscheidender Auslöser für die Virenabwehr ist.

Ein Protein – zwei Funktionen
In ihren Experimenten infizierten die beteiligten Forscher Immunzellen mit einem Virus, das seine DNA in das Zellplasma einbrachte. Sie konnten zeigen, dass Rad50 im Zellplasma an die Virus-DNA band, obwohl es normalerweise im Zellkern bei Schäden an die DNA andockt. Entscheidend war, dass Rad50 gleichzeitig mit einem speziellen Signalprotein (CARD9) des Immunsystems interagierte und einen Komplex bildete. Diese Verbindung konnten die Wissenschaftler erstmals in Zellen nachweisen. Dazu kam auch ein besonders sensitives Verfahren zum Nachweis von Protein-Protein-Interaktionen in lebenden Zellen zum Einsatz, das Dr. Soeren Gersting und Professor Ania Muntau aus dem Dr. von Haunerschen Kinderspital des Klinikums der LMU entwickelt haben. Mit Hilfe des auf Biolumineszenz Resonanz Energie Transfer basierenden Verfahrens konnte die Bindungsdomäne von RAD50 für CARD9 näher eingegrenzt werden.

Durch die Bildung des Komplexes wurde in der Zelle eine Signalkette aktiviert, an deren Ende die Produktion des Botenstoffs Interleukin 1β stand. Dieser wichtige „global player“ des Immunsystems ist unter anderem für die Entstehung von Fieber als Abwehrmechanismus gegen Krankheitserreger verantwortlich, spielt aber auch eine Rolle bei Autoimmunerkrankungen wie zum Beispiel die Rheumatoide Arthritis.
(Nature Immunology, 2014)