Viren der Familie Flaviviridae, darunter das Japanische Enzephalitis-Virus (JEV), das Dengue-Virus (DENV), das Zika-Virus (ZIKV), das West-Nil-Virus (WNV) und das durch Zecken übertragene Enzephalitis-Virus, sind bedeutende durch Arthropoden übertragene Krankheitserreger. Diese Viren verursachen bekanntermaßen schwere Krankheiten, darunter tödliche neurologische Erkrankungen wie das Guillain-Barré-Syndrom, Mikrozephalie und Denguefieber.
Das globale Risiko solcher virusübertragener Krankheiten nimmt zu. Allein DENV verursacht jährlich etwa 390 Millionen Infektionen und 100 Millionen symptomatische Fälle, JEV etwa 70.000 Fälle. Es fehlen jedoch wirksame Behandlungsstrategien für diese durch Flaviviridae verursachten Infektionen, was den dringenden Bedarf an Impfstoffen und Therapeutika unterstreicht.
Traditionell ging man davon aus, dass Flaviviridae ihren Lebenszyklus im Zytoplasma abschließen. Neuere Forschungen haben jedoch gezeigt, dass Kernproteine und NS5 in den Zellkern verlagert werden, was für die Replikation von entscheidender Bedeutung ist.
Die Identifizierung der molekularen Mechanismen, die an der nuklearen Translokation von Kernproteinen beteiligt sind, sowie deren Blockierung könnten ein vielversprechender therapeutischer Ansatz zur Bekämpfung von Erkrankungen sein, die durch Flaviviridae-Viren verursacht werden.
Eine Studie veröffentlicht in PLoS-Erreger hat nun ein Protein namens Importin-7 (IPO7) als Träger identifiziert, der das Kernprotein des Flavivirus durch die Kernmembran in den Zellkern transportiert.
Die Studie wurde von einem Team unter der Leitung von Professor Toru Okamoto vom Institut für Mikrobiologie der Juntendo-Universität durchgeführt, dem auch Yumi Itoh von der Juntendo-Universität und Yoichi Miyamoto von den National Institutes of Biomedical Innovation, Health and Nutrition angehörten.
Zu diesen Erkenntnissen gelangten die Forscher mithilfe eines Tests, der den Transport von Proteinen zum Zellkern analysiert. Sie bestätigten ihre Ergebnisse zusätzlich mithilfe von Zellen, in denen das Gen, das IPO7 produziert, mithilfe der CRISPR/Cas9-Technologie entfernt wurde.
„Unsere Studie ergab, dass IPO7 ein Kernträger für Kernproteine der Flaviviridae ist. Mithilfe von Kernimporttests stellten wir außerdem fest, dass das Kernprotein über IPO7 in den Zellkern transportiert wurde. Wenn IPO7 gelöscht wurde, konnten die Kernproteine nicht in den Zellkern gelangen“, erklärt Prof. Okamoto.
Um zu verstehen, wie sich die Entfernung von IPO7 auf die Produktion von Viruspartikeln auswirkte, infizierten die Forscher zwei Arten von Zellen mit Flaviviren: Wildtyp-Zellen mit intaktem IPO7-Gen und IPO7-defiziente Zellen, denen dieses Protein fehlt.
Obwohl beide Zelltypen eine ähnliche Viruslast in infizierten Zellen aufwiesen, produzierten die IPO7-defizienten Zellen deutlich weniger Viruspartikel. Dies deutet darauf hin, dass IPO7 eine entscheidende Rolle bei der effizienten Produktion von Viruspartikeln spielt, obwohl die anfängliche Virusreplikation innerhalb der Zellen bei beiden Zelltypen vergleichbar war.
Darüber hinaus unterstreicht dieser Befund die wesentliche Funktion von IPO7 im Lebenszyklus des Flavivirus, insbesondere in den späteren Stadien der Bildung und Freisetzung viraler Partikel.
Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass die Blockierung des durch IPO7 unterstützten molekularen Transportmechanismus nach einer Infektion mit Flaviviridae-Viren dazu beitragen kann, die nachfolgende Virusreplikation zu verringern und so die gesundheitlichen Auswirkungen der von ihnen verursachten Krankheiten zu mildern.
Ein neuer therapeutischer Ansatz für Flaviviridae-Viren ist äußerst wünschenswert, da derzeit nicht für alle von ihnen verursachten Krankheiten beim Menschen, wie zum Beispiel das Denguefieber, wirksame Behandlungen verfügbar sind.
Prof. Okamoto erläuterte: „Da es derzeit kein spezifisches antivirales Medikament gegen Dengue gibt, konzentriert sich die Behandlung hauptsächlich auf unterstützende Pflege, einschließlich Flüssigkeitsmanagement, um Dehydrierung zu verhindern. Die Entwicklung wirksamer antiviraler Medikamente oder Impfstoffe ist entscheidend für die Kontrolle und Verringerung der Auswirkungen des Denguefiebers, das schwere Komplikationen verursachen und in einigen Fällen lebensbedrohlich sein kann. Nicht nur für das Denguevirus, sondern auch für JEV und ZIKV gibt es keine Medikamente zur Behandlung.“
In zuvor veröffentlichten Forschungsarbeiten identifizierten Prof. Okamoto und Kollegen Verbindungen, die die nukleäre Lokalisierung von Flavivirus-Kernproteinen hemmen. Diese Verbindungen konnten nachweislich auch die Virusreplikation einschränken.
Mit dieser Studie ist das Team um Prof. Okamoto einen Schritt weiter gegangen, um einen spezifischen Mechanismus zu identifizieren, der gezielt die Virusreplikation blockieren kann. Wie Prof. Okamoto erklärt, baut die aktuelle Studie auf diesem Verständnis auf, indem sie IPO7 als spezifischeres Ziel für die Entwicklung von Therapeutika identifiziert.
Er kommt zu dem Schluss: „Unsere aktuellen Erkenntnisse bieten die Möglichkeit, spezifischere und wirksamere Inhibitoren der nukleären Lokalisierung von Kernproteinen zu entwickeln, indem wir IPO7 gezielt angreifen. Unsere Erkenntnisse könnten zur Entwicklung wirksamer Medikamente gegen Flaviviren führen.“
Weitere Informationen:
Yumi Itoh et al., Importin-7-abhängige nukleäre Translokation des Flavivirus-Kernproteins ist für die Produktion infektiöser Viren erforderlich, PLOS-Erreger (2024). DOI: 10.1371/journal.ppat.1012409
Zur Verfügung gestellt vom Forschungsförderungszentrum der Juntendo-Universität